Според најновиот извештај, следната генерација на композитни материјали може да го следи сопствениот структурен здравствен статус и да стане вообичаена.
Композитите од јаглеродни влакна се лесни и цврсти и се важни структурни материјали за автомобили, авиони и други транспортни средства. Тие се состојат од полимерни подлоги, како што се епоксидни смоли, кои се вградени со зајакнати јаглеродни влакна. Поради различните механички својства на двата материјали, влакната ќе паднат од подлогата под прекумерен стрес или замор. Ова значи дека оштетувањето на структурата на композитот од јаглеродни влакна може сè уште да биде скриено под површината и да не може да се открие со голо око, што може да доведе до катастрофален дефект.
„Со разбирање на внатрешноста на композитите, можете подобро да ја процените нивната состојба и да знаете дали има некаква штета што треба да се поправи“, вели Риџ Крис Боуланд, истражувач во
Национална лабораторија Оук Риџ при Министерството за енергетика на САД (Национална лабораторија Оук) Вигнер. „Неодамна, Амит Наскар, раководител на тимот за јаглерод и композити во Боуленд и ORNL, измисли метод на тркалачки ленти за обвиткување на спроводливи јаглеродни влакна на полупроводнички наночестички од силициум карбид. Наноматеријалите се вградени во композитни материјали кои се посилни од другите композити зајакнати со влакна и имаат нова способност да го следат здравјето на сопствените структури. Кога доволно обложени влакна се вградени во полимерот, влакната формираат електрична мрежа, а композитите во големи количини спроведуваат електрична енергија. Полупроводничките наночестички можат да ја уништат оваа електрична спроводливост под дејство на надворешни сили, додавајќи механички и електрични функции на композитите. Ако композитите се растегнати, поврзаноста на обложените влакна ќе биде уништена и отпорот во материјалот ќе се промени. Ако турбуленцијата на бура предизвика свиткување на композитното крило, електричен сигнал може да го предупреди компјутерот на авионот за да укаже дека крилото е под преголем притисок и да предложи тест. Демонстрацијата на тркалачки ленти на ORNL во принцип докажува дека методот може да произведе следната генерација на влакна обложени со композити во голем обем. Самосензорни композити, можеби направени од обновлив полимер.“ подлоги и нискобуџетни јаглеродни влакна, можат да го најдат своето место во сеприсутни производи, вклучувајќи дури и 3D печатени автомобили и згради. За да направат влакна вградени во наночестички, истражувачите инсталираа високо-перформансни калеми од јаглеродни влакна на ролерите, а ролерите ги потопуваа влакната во епоксидни смоли, кои содржат достапни наночестички на пазарот, чија ширина е приближно колку ширината на вирусот (45-65 nm).
Потоа влакната се сушат во рерна за да се обезбеди облогата. За да се тестира цврстината на влакната вградени во наночестички залепени на полимерната подлога, истражувачите направија композитни греди зајакнати со влакна, кои беа распоредени во една насока. Боуланд изврши тест на напрегање во кој краевите на конзолата беа фиксирани, додека машината што ги оценуваше механичките својства применуваше потисок во средината на зракот сè додека зракот не се расипа. За да ја проучи способноста за сензорирање на композитниот материјал, тој инсталираше електроди од двете страни на конзолната греда. Во машина позната како „Динамичен механички анализатор“, тој го закачи едниот крај за да ја одржи конзолата неподвижна. Машината врши сила на другиот крај за да ја свитка суспендираната греда, додека Боуланд ја следи промената на отпорот. ORNL, постдокторски истражувач Нгок Нгуен, спроведе дополнителни тестови во инфрацрвениот спектрометар со Фуриеова трансформација за да ги проучи хемиските врски во композитите и да го подобри разбирањето на забележаната зголемена механичка цврстина. Истражувачите, исто така, ја тестираа способноста на дисипативната енергија на композитите направени од различни количини наночестички (мерено со однесување на пригушување на вибрации), што би го олеснило одговорот на структурните материјали на удари, вибрации и други извори на стрес и деформација. При секоја концентрација, наночестичките можат да ја зголемат дисипацијата на енергија (од 65% до 257% до различен степен). Боуланд и Наскар аплицираа за патент за процес за производство на самосензорни композити од јаглеродни влакна.
„Импрегнираните премази овозможуваат нов начин за искористување на новите наноматеријали што се развиваат“, рече Боуланд. Студијата беше поддржана од истражувачки и развојни проекти управувани од лабораторијата ORNL, објавени во списанието ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces) на Американското хемиско друштво.
Време на објавување: 07.12.2018