Sipas raportit të fundit, gjenerata e ardhshme e materialeve kompozite mund të monitorojë gjendjen e tyre shëndetësore strukturore dhe të bëhet e zakonshme.
Kompozitet e fibrave të karbonit janë të lehta dhe të forta dhe janë materiale të rëndësishme strukturore për automobila, avionë dhe mjete të tjera transporti. Ato përbëhen nga substrate polimerike, të tilla si rrëshirat epoksi, të cilat janë të ngulitura me fibra karboni të përforcuara. Për shkak të vetive të ndryshme mekanike të dy materialeve, fibrat do të bien nga substrati nën stres ose lodhje të tepërt. Kjo do të thotë që dëmtimi i strukturës së kompozitit të fibrave të karbonit mund të jetë ende i fshehur nën sipërfaqe dhe nuk mund të zbulohet me sy të lirë, gjë që mund të çojë në dështim katastrofik.
"Duke kuptuar pjesën e brendshme të kompozitëve, mund të gjykoni më mirë shëndetin e tyre dhe të dini nëse ka ndonjë dëmtim që duhet riparuar", tha Ridge Chris Bowland, një studiues në...
Laboratori Kombëtar Oak Ridge në Departamentin e Energjisë të SHBA-së (Laboratori Kombëtar Oak) Wigner. "Kohët e fundit, Amit Naskar, kreu i ekipit të karbonit dhe kompozitëve në Bowland dhe ORNL, shpiku një metodë me shirit rrotullues për të mbështjellë fibra karboni përçuese në nanopjesëza gjysmëpërçuese të karbidit të silikonit. Nanomaterialet janë të ngulitura në materiale kompozite që janë më të forta se kompozitët e tjerë të përforcuar me fibra dhe kanë një aftësi të re për të monitoruar shëndetin e strukturave të tyre. Kur mjaftueshëm fibra të veshura janë të ngulitura në polimer, fibrat formojnë një rrjet energjie dhe kompozitët në masë përçojnë energji elektrike. Nanopjesëzat gjysmëpërçuese mund ta shkatërrojnë këtë përçueshmëri elektrike nën veprimin e forcave të jashtme, duke shtuar funksione mekanike dhe elektrike në kompozitët. Nëse kompozitët shtrihen, lidhshmëria e fibrave të veshura do të shkatërrohet dhe rezistenca në material do të ndryshojë. Nëse turbulenca e stuhisë shkakton përkuljen e krahut të kompozitit, një sinjal elektrik mund të paralajmërojë kompjuterin e aeroplanit për të treguar se krahu është nën shumë presion dhe të sugjerojë një provë. Demonstrimi i shiritit rrotullues të ORNL vërteton në parim se metoda mund të prodhojë gjeneratën e ardhshme të fibrave të veshura me kompozit në një shkallë të gjerë. Kompozitë vetë-ndjesorë, ndoshta të bërë nga polimer i rinovueshëm." Substratet dhe fibrat e karbonit me kosto të ulët, mund të gjejnë vendin e tyre në produktet e kudondodhura, duke përfshirë edhe makinat dhe ndërtesat e printuara në 3D. Për të bërë fibra të ngulitura në nanopjesëza, studiuesit instaluan bobina me fibra karboni me performancë të lartë në rul, dhe rulët i zhytën fibrat në rrëshira epoksi, të cilat përmbajnë nanopjesëza të disponueshme në treg, gjerësia e të cilave është afërsisht sa gjerësia e virusit (45-65 nm).
Fibrat më pas thahen në furrë për të siguruar veshjen. Për të testuar forcën e fibrave të ngulitura në nanopjesëza të ngjitura në substratin polimer, studiuesit prodhuan trarë kompozitë të përforcuar me fibra, të cilët u rregulluan në një drejtim. Bowland kreu një provë stresi në të cilën skajet e konzolit ishin të fiksuara, ndërsa makina që vlerësonte vetitë mekanike aplikonte shtytje në mes të rrezes derisa rrezja dështonte. Për të studiuar aftësinë ndijore të materialit kompozit, ai instaloi elektroda në të dy anët e rrezes së konzolit. Në një makinë të njohur si "Analizues mekanik dinamik", ai e kapi njërën anë për ta mbajtur konzolin të palëvizshëm. Makina ushtron forcë në anën tjetër për të përkulur rrezen e pezulluar ndërsa Bowland monitoron ndryshimin e rezistencës. ORNL, një studiues postdoktoral Ngoc Nguyen, kreu teste shtesë në spektrometrin infra të kuq të Transformimit të Furierit për të studiuar lidhjet kimike në kompozite dhe për të përmirësuar kuptimin e forcës mekanike të shtuar të vëzhguar. Studiuesit testuan gjithashtu aftësinë e energjisë shpërndarëse të kompozitëve të bërë nga sasi të ndryshme të nanopjesëzave (të matura nga sjellja e zbutjes së dridhjeve), gjë që do të lehtësonte reagimin e materialeve strukturore ndaj goditjeve, dridhjeve dhe burimeve të tjera të stresit dhe tendosjes. Në çdo përqendrim, nanopjesëzat mund të rrisin shpërndarjen e energjisë (nga 65% në 257% në shkallë të ndryshme). Bowland dhe Naskar kanë aplikuar për një patentë procesi për prodhimin e kompozitëve vetë-ndjesorë të fibrave të karbonit.
"Veshjet e impregnuara ofrojnë një mënyrë të re për të përfituar nga nanomaterialet e reja që po zhvillohen", tha Bowland. Studimi u mbështet nga projekte kërkimore dhe zhvillimore të drejtuara nga Laboratori ORNL, të botuara në revistën ACS Applied Materials and Interfaces (Materiale dhe Ndërfaqe të Aplikuara) të Shoqërisë Amerikane të Kimisë.
Koha e postimit: 07 Dhjetor 2018