Према најновијем извештају, следећа генерација композитних материјала може пратити сопствено структурно здравствено стање и постати уобичајена.
Композити од угљеничних влакана су лагани и чврсти и важни су структурни материјали за аутомобиле, авионе и друга транспортна средства. Састоје се од полимерних подлога, као што су епоксидне смоле, које су уграђене у ојачана угљенична влакна. Због различитих механичких својстава ова два материјала, влакна ће отпасти са подлоге под прекомерним напрезањем или замором. То значи да оштећења структуре композита од угљеничних влакана могу и даље бити скривена испод површине и не могу се открити голим оком, што може довести до катастрофалног квара.
„Разумевањем унутрашњости композитних материјала, можете боље проценити њихово здравље и знати да ли постоји било каква оштећења која треба поправити“, рекао је Риџ Крис Боуланд, истраживач у
Национална лабораторија Оук Риџ при Министарству енергетике САД (Национална лабораторија Оук) Вигнер. „Недавно је Амит Наскар, шеф тима за угљеник и композите у Боуланду и ORNL-у, изумео метод ваљања траке за обмотавање проводљивих угљеничних влакана око полупроводничких силицијум карбидних наночестица. Наноматеријали су уграђени у композитне материјале који су јачи од других композита ојачаних влакнима и имају нову способност праћења здравља сопствених структура. Када се довољно обложених влакана угради у полимер, влакна формирају енергетску мрежу, а композити у расутом стању проводе електрицитет. Полупроводничке наночестице могу уништити ову електричну проводљивост под дејством спољашњих сила, додајући механичке и електричне функције композитима. Ако се композити растежу, повезаност обложених влакана ће бити уништена и отпор у материјалу ће се променити. Ако турбуленција олује изазове савијање композитног крила, електрични сигнал може упозорити рачунар авиона да укаже да је крило под превеликим притиском и предложи тест. Демонстрација ваљања траке ORNL-а у принципу доказује да метода може произвести следећу генерацију композитних обложених влакана у великим размерама. Самосензорни композити, можда направљени од обновљивих полимерних подлога и јефтиних угљеничних влакана, могу пронаћи своје место у свеприсутним...“ производе, укључујући чак и 3Д штампане аутомобиле и зграде. Да би направили влакна уграђена у наночестице, истраживачи су инсталирали високоперформансне калемове од угљеничних влакана на ваљке, а ваљци су натопили влакна епоксидним смолама, које садрже доступне наночестице на тржишту, чија је ширина отприлике једнака ширини вируса (45-65 nm).
Влакна се затим суше у рерни како би се премаз осигурао. Да би тестирали чврстоћу влакана уграђених у наночестице залепљене за полимерну подлогу, истраживачи су направили композитне греде ојачане влакнима, које су биле распоређене у једном смеру. Боуланд је спровео тест напрезања у којем су крајеви конзоле били фиксирани, док је машина која процењује механичка својства примењивала потисак у средини греде док греда није отказала. Да би проучио способност детекције композитног материјала, инсталирао је електроде са обе стране конзоле. У машини познатој као „Динамички механички анализатор“, закачио је један крај да би конзола остала непокретна. Машина врши силу на другом крају да би савила греду за вешање док Боуланд прати промену отпора. ORNL, постдокторски истраживач Нгок Нгујен, спровео је додатне тестове у инфрацрвеном спектрометру са Фуријеовом трансформацијом како би проучио хемијске везе у композитима и побољшао разумевање примећене побољшане механичке чврстоће. Истраживачи су такође тестирали способност дисипативне енергије композита направљених од различитих количина наночестица (мерено понашањем пригушења вибрација), што би олакшало реакцију структурних материјала на ударце, вибрације и друге изворе напрезања и деформација. При свакој концентрацији, наночестице могу побољшати дисипацију енергије (од 65% до 257% у различитим степенима). Боуланд и Наскар су поднели захтев за патент процеса за производњу самосензорних композита од угљеничних влакана.
„Импрегнирани премази пружају нови начин да се искористе предности нових наноматеријала који се развијају“, рекао је Боуланд. Студију су подржали истраживачки и развојни пројекти које је водила ORNL лабораторија, а објављено је у часопису ACS Applied Materials and Interfaces (Примењени материјали и интерфејси) Америчког хемијског друштва.
Време објаве: 07.12.2018.