അടുത്ത തലമുറയിലെ പുതിയ കാർബൺ ഫൈബർ വസ്തുക്കൾക്ക് "സ്വയം കണ്ടെത്തൽ" നടത്താൻ കഴിയുമോ?

ഏറ്റവും പുതിയ റിപ്പോർട്ട് അനുസരിച്ച്, അടുത്ത തലമുറയിലെ സംയോജിത വസ്തുക്കൾക്ക് അവയുടെ ഘടനാപരമായ ആരോഗ്യ നില നിരീക്ഷിക്കാനും സാധാരണമാകാനും കഴിയും.

കാർബൺ ഫൈബർ സംയുക്തങ്ങൾ ഭാരം കുറഞ്ഞതും ഉറപ്പുള്ളതുമാണ്, കൂടാതെ ഓട്ടോമൊബൈലുകൾ, വിമാനങ്ങൾ, മറ്റ് ഗതാഗത മാർഗ്ഗങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്കുള്ള പ്രധാന ഘടനാപരമായ വസ്തുക്കളാണ്. അവയിൽ എപ്പോക്സി റെസിനുകൾ പോലുള്ള പോളിമർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അവ ശക്തിപ്പെടുത്തിയ കാർബൺ നാരുകൾ കൊണ്ട് എംബഡ് ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. രണ്ട് വസ്തുക്കളുടെയും വ്യത്യസ്ത മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ കാരണം, അമിതമായ സമ്മർദ്ദത്തിലോ ക്ഷീണത്തിലോ നാരുകൾ അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിന്ന് വീഴും. ഇതിനർത്ഥം കാർബൺ ഫൈബർ സംയുക്ത ഘടനയ്‌ക്കുള്ള കേടുപാടുകൾ ഇപ്പോഴും ഉപരിതലത്തിന് താഴെ മറഞ്ഞിരിക്കാമെന്നും നഗ്നനേത്രങ്ങൾ കൊണ്ട് കണ്ടെത്താനാകില്ലെന്നും ഇത് വിനാശകരമായ പരാജയത്തിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം.

"കോമ്പോസിറ്റുകളുടെ ഉൾഭാഗം മനസ്സിലാക്കുന്നതിലൂടെ, നിങ്ങൾക്ക് അവയുടെ ആരോഗ്യം നന്നായി വിലയിരുത്താനും നന്നാക്കേണ്ട എന്തെങ്കിലും കേടുപാടുകൾ ഉണ്ടോ എന്ന് അറിയാനും കഴിയും," ഗവേഷകനായ റിഡ്ജ് ക്രിസ് ബൗളണ്ട്

യുഎസ് ഊർജ്ജ വകുപ്പിലെ (ഓക്ക് നാഷണൽ ലബോറട്ടറി) വിഗ്നറിലെ ഓക്ക് റിഡ്ജ് നാഷണൽ ലബോറട്ടറി. "അടുത്തിടെ, ബൗലാൻഡിലെയും ഒആർഎൻഎല്ലിലെയും കാർബൺ ആൻഡ് കോമ്പോസിറ്റ്സ് ടീമിന്റെ തലവനായ അമിത് നാസ്കർ, സെമികണ്ടക്ടർ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് നാനോപാർട്ടിക്കിളുകളിൽ ചാലക കാർബൺ നാരുകൾ പൊതിയുന്നതിനുള്ള ഒരു റോളിംഗ് സ്ട്രൈപ്പ് രീതി കണ്ടുപിടിച്ചു. മറ്റ് ഫൈബർ-റൈൻഫോഴ്‌സ്ഡ് കോമ്പോസിറ്റുകളേക്കാൾ ശക്തവും സ്വന്തം ഘടനകളുടെ ആരോഗ്യം നിരീക്ഷിക്കാനുള്ള പുതിയ കഴിവുമുള്ള കോമ്പോസിറ്റ് മെറ്റീരിയലുകളിലാണ് നാനോമെറ്റീരിയലുകൾ ഉൾച്ചേർത്തിരിക്കുന്നത്. പോളിമറിൽ ആവശ്യത്തിന് പൂശിയ നാരുകൾ ഉൾച്ചേർക്കുമ്പോൾ, നാരുകൾ ഒരു പവർ ഗ്രിഡ് ഉണ്ടാക്കുന്നു, ബൾക്ക് കോമ്പോസിറ്റുകൾ വൈദ്യുതി നടത്തുന്നു. ബാഹ്യശക്തികളുടെ പ്രവർത്തനത്തിൽ അർദ്ധചാലക നാനോപാർട്ടിക്കിളുകൾക്ക് ഈ വൈദ്യുതചാലകതയെ നശിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് കോമ്പോസിറ്റുകളിൽ മെക്കാനിക്കൽ, ഇലക്ട്രിക്കൽ പ്രവർത്തനങ്ങൾ ചേർക്കുന്നു. കോമ്പോസിറ്റുകൾ വലിച്ചുനീട്ടുകയാണെങ്കിൽ, കോട്ട് ചെയ്ത നാരുകളുടെ കണക്റ്റിവിറ്റി നശിപ്പിക്കപ്പെടുകയും മെറ്റീരിയലിലെ പ്രതിരോധം മാറുകയും ചെയ്യും. കൊടുങ്കാറ്റ് പ്രക്ഷുബ്ധത സംയുക്ത ചിറക് വളയാൻ കാരണമായാൽ, ചിറക് വളരെയധികം സമ്മർദ്ദത്തിലാണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കാൻ ഒരു വൈദ്യുത സിഗ്നൽ വിമാനത്തിന്റെ കമ്പ്യൂട്ടറിന് മുന്നറിയിപ്പ് നൽകുകയും ഒരു പരീക്ഷണം നിർദ്ദേശിക്കുകയും ചെയ്തേക്കാം. ORNL ന്റെ റോളിംഗ് സ്ട്രിപ്പ് ഡെമോൺസ്ട്രേഷൻ തത്വത്തിൽ തെളിയിക്കുന്നത് ഈ രീതിക്ക് അടുത്ത തലമുറയിലെ കോമ്പോസിറ്റ് കോട്ടഡ് നാരുകൾ വലിയ തോതിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്നാണ്. സ്വയം സെൻസിംഗ് കോമ്പോസിറ്റുകൾ, ഒരുപക്ഷേ പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന പോളിമർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ നിന്നും കുറഞ്ഞ വിലയുള്ള കാർബണിൽ നിന്നും നിർമ്മിച്ചത്. 3D പ്രിന്റ് ചെയ്ത കാറുകളും കെട്ടിടങ്ങളും ഉൾപ്പെടെ സർവ്വവ്യാപിയായ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ നാരുകൾക്ക് അവയുടെ സ്ഥാനം കണ്ടെത്താൻ കഴിയും. നാനോകണങ്ങളിൽ ഉൾച്ചേർത്ത നാരുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി, ഗവേഷകർ റോളറുകളിൽ ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള കാർബൺ ഫൈബർ സ്പൂളുകൾ സ്ഥാപിച്ചു, കൂടാതെ റോളറുകൾ വൈറസിന്റെ വീതിയോളം (45-65 nm) വരുന്ന വിപണിയിൽ ലഭ്യമായ നാനോകണങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന എപ്പോക്സി റെസിനുകളിൽ നാരുകൾ മുക്കി.

കോട്ടിംഗ് ഉറപ്പിക്കുന്നതിനായി നാരുകൾ അടുപ്പിൽ ഉണക്കുന്നു. പോളിമർ അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഒട്ടിച്ചിരിക്കുന്ന നാനോകണങ്ങളിൽ ഉൾച്ചേർത്ത നാരുകളുടെ ശക്തി പരിശോധിക്കുന്നതിനായി, ഗവേഷകർ ഫൈബർ-റൈൻഫോഴ്‌സ്ഡ് കോമ്പോസിറ്റ് ബീമുകൾ നിർമ്മിച്ചു, അവ ഒരു ദിശയിൽ ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ബൗലാൻഡ് ഒരു സ്ട്രെസ് ടെസ്റ്റ് നടത്തി, അതിൽ കാന്റിലിവറിന്റെ അറ്റങ്ങൾ ഉറപ്പിച്ചു, അതേസമയം മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ വിലയിരുത്തുന്ന യന്ത്രം ബീം പരാജയപ്പെടുന്നതുവരെ ബീമിന്റെ മധ്യത്തിൽ ത്രസ്റ്റ് പ്രയോഗിച്ചു. സംയോജിത വസ്തുക്കളുടെ സെൻസിംഗ് ശേഷി പഠിക്കുന്നതിനായി, അദ്ദേഹം കാന്റിലിവർ ബീമിന്റെ ഇരുവശത്തും ഇലക്ട്രോഡുകൾ സ്ഥാപിച്ചു. "ഡൈനാമിക് മെക്കാനിക്കൽ അനലൈസർ" എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഒരു മെഷീനിൽ, കാന്റിലിവർ നിശ്ചലമായി നിലനിർത്താൻ അദ്ദേഹം ഒരു അറ്റം ക്ലിപ്പ് ചെയ്തു. ബൗലാൻഡ് പ്രതിരോധത്തിന്റെ മാറ്റം നിരീക്ഷിക്കുമ്പോൾ സസ്പെൻഷൻ ബീം വളയ്ക്കാൻ യന്ത്രം മറ്റേ അറ്റത്ത് ബലം പ്രയോഗിക്കുന്നു. പോസ്റ്റ്ഡോക്ടറൽ ഗവേഷകനായ എൻഗോക് എൻഗുയെൻ, സംയുക്തങ്ങളിലെ കെമിക്കൽ ബോണ്ടുകൾ പഠിക്കുന്നതിനും നിരീക്ഷിച്ച മെച്ചപ്പെടുത്തിയ മെക്കാനിക്കൽ ശക്തിയെക്കുറിച്ചുള്ള ധാരണ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുമായി ഫ്യൂറിയർ ട്രാൻസ്ഫോം ഇൻഫ്രാറെഡ് സ്പെക്ട്രോമീറ്ററിൽ അധിക പരിശോധനകൾ നടത്തി. വ്യത്യസ്ത അളവിലുള്ള നാനോകണങ്ങൾ (വൈബ്രേഷൻ ഡാമ്പിംഗ് സ്വഭാവം ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്നത്) ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച സംയുക്തങ്ങളുടെ വിസർജ്ജന ഊർജ്ജത്തിന്റെ കഴിവ് ഗവേഷകർ പരീക്ഷിച്ചു, ഇത് ആഘാതങ്ങൾ, വൈബ്രേഷനുകൾ, മറ്റ് സമ്മർദ്ദ, സമ്മർദ്ദ സ്രോതസ്സുകൾ എന്നിവയ്ക്കുള്ള ഘടനാപരമായ വസ്തുക്കളുടെ പ്രതികരണത്തെ സുഗമമാക്കും. ഓരോ സാന്ദ്രതയിലും, നാനോകണങ്ങൾക്ക് ഊർജ്ജ വിസർജ്ജനം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും (65% മുതൽ 257% വരെ വ്യത്യസ്ത അളവുകളിലേക്ക്). സ്വയം സെൻസിംഗ് കാർബൺ ഫൈബർ സംയുക്തങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിനുള്ള ഒരു പ്രോസസ് പേറ്റന്റിനായി ബൗലാൻഡും നാസ്കറും അപേക്ഷിച്ചിട്ടുണ്ട്.

"വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന പുതിയ നാനോമെറ്റീരിയലുകൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഇംപ്രെഗ്നേറ്റഡ് കോട്ടിംഗുകൾ ഒരു പുതിയ മാർഗം നൽകുന്നു." ബൗലാൻഡ് പറഞ്ഞു. അമേരിക്കൻ കെമിക്കൽ സൊസൈറ്റിയുടെ ACS അപ്ലൈഡ് മെറ്റീരിയൽസ് ആൻഡ് ഇന്റർഫേസസ് (അപ്ലൈഡ് മെറ്റീരിയൽസ് & ഇന്റർഫേസസ്) ജേണലിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ORNL ലബോറട്ടറി സംവിധാനം ചെയ്ത ഗവേഷണ വികസന പദ്ധതികളാണ് പഠനത്തെ പിന്തുണച്ചത്.