नवीन कार्बन फायबर मटेरियलची पुढची पिढी "स्वतः शोधू" शकेल का?

ताज्या अहवालानुसार, संमिश्र पदार्थांची पुढची पिढी त्यांच्या स्वतःच्या संरचनात्मक आरोग्य स्थितीचे निरीक्षण करू शकते आणि सामान्य होऊ शकते.

कार्बन फायबर कंपोझिट हलके आणि मजबूत असतात आणि ते ऑटोमोबाईल, विमान आणि इतर वाहतुकीच्या साधनांसाठी महत्त्वाचे स्ट्रक्चरल साहित्य असतात. त्यामध्ये पॉलिमर सब्सट्रेट्स असतात, जसे की इपॉक्सी रेझिन, जे प्रबलित कार्बन फायबरने एम्बेड केलेले असतात. दोन्ही पदार्थांच्या वेगवेगळ्या यांत्रिक गुणधर्मांमुळे, जास्त ताण किंवा थकवा आल्यावर तंतू सब्सट्रेटवरून खाली पडतात. याचा अर्थ असा की कार्बन फायबर कंपोझिट रचनेचे नुकसान अजूनही पृष्ठभागाच्या खाली लपलेले असू शकते आणि उघड्या डोळ्यांनी ते शोधता येत नाही, ज्यामुळे आपत्तीजनक बिघाड होऊ शकतो.

"कंपोझिट्सच्या आतील बाजू समजून घेतल्यास, तुम्ही त्यांच्या आरोग्याचे अधिक चांगल्या प्रकारे मूल्यांकन करू शकता आणि दुरुस्त करण्याची आवश्यकता असलेले कोणतेही नुकसान आहे का हे जाणून घेऊ शकता," असे रिज क्रिस बोलँड, संशोधक

यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (ओक नॅशनल लॅबोरेटरी) विग्नर येथील ओक रिज नॅशनल लॅबोरेटरी. ”अलीकडेच, बोलँड आणि ओआरएनएल येथील कार्बन आणि कंपोझिट टीमचे प्रमुख अमित नास्कर यांनी सेमीकंडक्टर सिलिकॉन कार्बाइड नॅनोपार्टिकल्सवर वाहक कार्बन फायबर गुंडाळण्यासाठी रोलिंग स्ट्राइप पद्धत शोधून काढली. नॅनोमटेरियल्स अशा कंपोझिट मटेरियलमध्ये एम्बेड केलेले असतात जे इतर फायबर-रिइन्फोर्स्ड कंपोझिटपेक्षा मजबूत असतात आणि त्यांच्या स्वतःच्या संरचनांच्या आरोग्यावर लक्ष ठेवण्याची नवीन क्षमता असते. जेव्हा पॉलिमरमध्ये पुरेसे लेपित तंतू एम्बेड केलेले असतात, तेव्हा तंतू पॉवर ग्रिड तयार करतात आणि मोठ्या प्रमाणात कंपोझिट वीज चालवतात. सेमीकंडक्टर नॅनोपार्टिकल्स बाह्य शक्तींच्या कृती अंतर्गत ही विद्युत चालकता नष्ट करू शकतात, ज्यामुळे कंपोझिटमध्ये यांत्रिक आणि विद्युत कार्ये जोडली जातात. जर कंपोझिट ताणले गेले तर लेपित तंतूंची कनेक्टिव्हिटी नष्ट होईल आणि मटेरियलमधील प्रतिकार बदलेल. जर वादळाच्या गोंधळामुळे कंपोझिट विंग वाकते, तर एक विद्युत सिग्नल विमानाच्या संगणकाला चेतावणी देऊ शकतो की विंग खूप जास्त दाबाखाली आहे आणि चाचणी सुचवू शकते. ओआरएनएलचे रोलिंग स्ट्रिप प्रात्यक्षिक तत्वतः सिद्ध करते की ही पद्धत मोठ्या प्रमाणात कंपोझिट लेपित तंतूंची पुढील पिढी तयार करू शकते. स्व-संवेदनशील कंपोझिट, कदाचित नूतनीकरणीय पॉलिमर सब्सट्रेट्स आणि कमी किमतीच्या कार्बनपासून बनवलेले. फायबर, सर्वव्यापी उत्पादनांमध्ये त्यांचे स्थान शोधू शकतात, अगदी 3D प्रिंटेड कार आणि इमारतींमध्ये देखील. नॅनोपार्टिकल्समध्ये एम्बेड केलेले तंतू बनवण्यासाठी, संशोधकांनी रोलर्सवर उच्च-कार्यक्षमता असलेले कार्बन फायबर स्पूल बसवले आणि रोलर्सने तंतूंना इपॉक्सी रेझिनमध्ये भिजवले, ज्यामध्ये बाजारात उपलब्ध नॅनोपार्टिकल्स असतात, ज्याची रुंदी विषाणूच्या रुंदीइतकी असते (45-65 nm).

नंतर कोटिंग सुरक्षित करण्यासाठी तंतू ओव्हनमध्ये वाळवले जातात. पॉलिमर सब्सट्रेटला चिकटवलेल्या नॅनोपार्टिकल्समध्ये एम्बेड केलेल्या तंतूंची ताकद तपासण्यासाठी, संशोधकांनी फायबर-रिइन्फोर्स्ड कंपोझिट बीम बनवले, जे एका दिशेने व्यवस्थित केले गेले. बाउलँडने एक स्ट्रेस टेस्ट केली ज्यामध्ये कॅन्टीलिव्हरचे टोक निश्चित केले गेले, तर मशीनने यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन केले आणि बीम अयशस्वी होईपर्यंत बीमच्या मध्यभागी थ्रस्ट लागू केला. कंपोझिट मटेरियलच्या सेन्सिंग क्षमतेचा अभ्यास करण्यासाठी, त्याने कॅन्टीलिव्हर बीमच्या दोन्ही बाजूंना इलेक्ट्रोड बसवले. "डायनॅमिक मेकॅनिकल अॅनालायझर" म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या मशीनमध्ये, त्याने कॅन्टीलिव्हर स्थिर ठेवण्यासाठी एका टोकाला क्लिप केले. मशीन दुसऱ्या टोकाला सस्पेंशन बीम वाकवण्यासाठी बल वापरते तर बाउलँड प्रतिकार बदलाचे निरीक्षण करते. पोस्टडॉक्टरल संशोधक न्गोक न्गुयेन यांनी फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटरमध्ये अतिरिक्त चाचण्या केल्या ज्यामुळे कंपोझिट्समधील रासायनिक बंधांचा अभ्यास केला गेला आणि वाढलेल्या यांत्रिक शक्तीची समज सुधारली गेली. संशोधकांनी वेगवेगळ्या प्रमाणात नॅनोपार्टिकल्स (कंपन डॅम्पिंग वर्तनाद्वारे मोजले जाणारे) पासून बनवलेल्या कंपोझिट्सच्या विघटनशील उर्जेच्या क्षमतेची देखील चाचणी केली, ज्यामुळे धक्के, कंपन आणि इतर ताण आणि ताण स्रोतांना संरचनात्मक सामग्रीचा प्रतिसाद सुलभ होईल. प्रत्येक एकाग्रतेवर, नॅनोपार्टिकल्स ऊर्जा विघटन वाढवू शकतात (65% ते 257% पर्यंत वेगवेगळ्या अंशांपर्यंत). बोलँड आणि नास्कर यांनी स्व-संवेदनशील कार्बन फायबर कंपोझिट्सच्या निर्मितीसाठी प्रक्रिया पेटंटसाठी अर्ज केला आहे.

"इम्प्रेग्नेटेड कोटिंग्ज विकसित होत असलेल्या नवीन नॅनोमटेरियलचा फायदा घेण्याचा एक नवीन मार्ग प्रदान करतात." बोवलँड म्हणाले. अमेरिकन केमिकल सोसायटीच्या एसीएस अप्लाइड मटेरियल्स अँड इंटरफेसेस (अप्लाइड मटेरियल्स अँड इंटरफेसेस) जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेल्या ओआरएनएल प्रयोगशाळेने निर्देशित केलेल्या संशोधन आणि विकास प्रकल्पांद्वारे या अभ्यासाला पाठिंबा देण्यात आला.