Remiantis naujausia ataskaita, naujos kartos kompozicinės medžiagos gali stebėti savo struktūrinę sveikatos būklę ir tapti įprastomis.
Anglies pluošto kompozitai yra lengvi ir tvirti, jie yra svarbios konstrukcinės medžiagos automobiliams, orlaiviams ir kitoms transporto priemonėms. Jie sudaryti iš polimerinių pagrindų, tokių kaip epoksidinės dervos, į kurias įterpti sustiprinti anglies pluoštai. Dėl skirtingų dviejų medžiagų mechaninių savybių, pluoštai, veikiami per didelio įtempio ar nuovargio, nukris nuo pagrindo. Tai reiškia, kad anglies pluošto kompozito struktūros pažeidimai vis tiek gali būti paslėpti po paviršiumi ir negali būti aptikti plika akimi, o tai gali sukelti katastrofišką gedimą.
„Suprasdami kompozitų vidų, galite geriau įvertinti jų būklę ir žinoti, ar yra kokių nors pažeidimų, kuriuos reikia taisyti“, – sakė Ridge'as Chrisas Bowlandas, universiteto tyrėjas.
JAV Energetikos departamento Oak Ridge nacionalinė laboratorija (Oak National Laboratory) Wigner. „Neseniai Amitas Naskaras, Bowland ir ORNL anglies ir kompozitų komandos vadovas, išrado valcavimo juostos metodą, skirtą laidžių anglies pluoštų apvyniojimui ant puslaidininkinių silicio karbido nanodalelių. Nanomedžiagos įterpiamos į kompozicines medžiagas, kurios yra stipresnės nei kiti pluoštu armuoti kompozitai ir turi naują galimybę stebėti savo struktūrų būklę. Kai į polimerą įterpiama pakankamai padengtų pluoštų, pluoštai sudaro elektros tinklą, o dideli kompozitai praleidžia elektrą. Puslaidininkinės nanodalelės gali sunaikinti šį elektrinį laidumą veikiant išorinėms jėgoms, taip suteikdamos kompozitams mechaninių ir elektrinių funkcijų. Jei kompozitai ištempti, padengtų pluoštų jungtis bus sunaikinta, o medžiagos varža pasikeis. Jei audros turbulencija privers kompozitinį sparną sulinkti, elektrinis signalas gali įspėti lėktuvo kompiuterį, nurodydamas, kad sparnas patiria per didelį slėgį, ir pasiūlyti atlikti bandymą. ORNL valcavimo juostos demonstracija iš principo įrodo, kad šis metodas gali dideliu mastu pagaminti naujos kartos kompozitinius padengtus pluoštus. Savaime atpažįstami kompozitai, galbūt pagaminti iš atsinaujinančių polimerinių substratų ir pigių anglies pluoštų, gali rasti savo vietą visur.“ produktų, įskaitant net 3D spausdintus automobilius ir pastatus. Siekdami pagaminti nanodalelėse įterptus pluoštus, tyrėjai ant volelių sumontavo didelio našumo anglies pluošto rites, o voleliai pluoštus mirkė epoksidinėse dervose, kuriose yra rinkoje esančių nanodalelių, kurių plotis yra maždaug viruso plotis (45–65 nm).
Tada pluoštai džiovinami orkaitėje, kad danga būtų pritvirtinta. Siekdami patikrinti prie polimerinio pagrindo priklijuotų nanodalelių pluoštų stiprumą, tyrėjai pagamino pluoštu armuotus kompozicinius sijų elementus, kurie buvo išdėstyti viena kryptimi (One Direction). Bowland atliko įtempio bandymą, kurio metu konsolės galai buvo fiksuoti, o mechanines savybes vertinanti mašina sijos viduryje spaudė, kol sija sulūžo. Norėdamas ištirti kompozicinės medžiagos jutimo galimybes, jis abiejose konsolės sijos pusėse sumontavo elektrodus. Mašinoje, vadinamoje „Dinaminiu mechaniniu analizatoriumi“, jis vieną galą apkabino, kad konsolė liktų nejudanti. Mašina kitame gale veikia jėga, kad sulenktų pakabos siją, o Bowland stebi pasipriešinimo pokytį. ORNL podoktorantūros tyrėjas Ngoc Nguyen atliko papildomus bandymus Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektrometru, kad ištirtų cheminius ryšius kompozituose ir geriau suprastų pastebėtą padidėjusį mechaninį stiprumą. Tyrėjai taip pat išbandė kompozitų, pagamintų iš skirtingo nanodalelių kiekio (matuojamo pagal vibracijos slopinimo elgseną), disipatyviosios energijos gebėjimą, kuris palengvintų konstrukcinių medžiagų reakciją į smūgius, vibracijas ir kitus įtempius bei deformacijas. Kiekvienoje koncentracijoje nanodalelės gali padidinti energijos išsklaidymą (nuo 65 % iki 257 % įvairiais laipsniais). Bowlandas ir Naskaras pateikė paraišką patentuoti savaime reaguojančių anglies pluošto kompozitų gamybos procesą.
„Impregnuotos dangos suteikia naują būdą pasinaudoti kuriamomis naujomis nanomedžiagomis“, – teigė Bowlandas. Tyrimą rėmė ORNL laboratorijos vadovaujami mokslinių tyrimų ir plėtros projektai, paskelbti Amerikos chemijos draugijos žurnale „ACS Applied Materials and Interfaces“ (Taikomosios medžiagos ir sąsajos).
Įrašo laikas: 2018 m. gruodžio 7 d.