తదుపరి తరం కొత్త కార్బన్ ఫైబర్ పదార్థాలు "స్వీయ-గుర్తించగలవా"?

తాజా నివేదిక ప్రకారం, తరువాతి తరం మిశ్రమ పదార్థాలు వాటి స్వంత నిర్మాణ ఆరోగ్య స్థితిని పర్యవేక్షించగలవు మరియు సాధారణం అవుతాయి.

కార్బన్ ఫైబర్ మిశ్రమాలు తేలికైనవి మరియు దృఢమైనవి మరియు ఆటోమొబైల్స్, విమానాలు మరియు ఇతర రవాణా మార్గాలకు ముఖ్యమైన నిర్మాణ పదార్థాలు. అవి ఎపాక్సీ రెసిన్‌ల వంటి పాలిమర్ ఉపరితలాలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి రీన్‌ఫోర్స్డ్ కార్బన్ ఫైబర్‌లతో పొందుపరచబడి ఉంటాయి. రెండు పదార్థాల యొక్క విభిన్న యాంత్రిక లక్షణాల కారణంగా, ఫైబర్‌లు అధిక ఒత్తిడి లేదా అలసట సమయంలో ఉపరితలం నుండి పడిపోతాయి. దీని అర్థం కార్బన్ ఫైబర్ మిశ్రమ నిర్మాణానికి నష్టం ఇప్పటికీ ఉపరితలం క్రింద దాగి ఉండవచ్చు మరియు కంటితో గుర్తించబడదు, ఇది విపత్తు వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది.

"కాంపోజిట్ల లోపలి భాగాన్ని అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా, మీరు వాటి ఆరోగ్యాన్ని బాగా అంచనా వేయవచ్చు మరియు మరమ్మతు చేయవలసిన ఏదైనా నష్టం ఉందో లేదో తెలుసుకోవచ్చు" అని రిడ్జ్ క్రిస్ బౌలాండ్, ఒక పరిశోధకుడు

US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ (ఓక్ నేషనల్ లాబొరేటరీ) విగ్నర్‌లోని ఓక్ రిడ్జ్ నేషనల్ లాబొరేటరీ. "ఇటీవల, బౌలాండ్ మరియు ORNLలోని కార్బన్ మరియు కాంపోజిట్స్ బృందం అధిపతి అమిత్ నాస్కర్, సెమీకండక్టర్ సిలికాన్ కార్బైడ్ నానోపార్టికల్స్‌పై వాహక కార్బన్ ఫైబర్‌లను చుట్టడానికి రోలింగ్ స్ట్రిప్ పద్ధతిని కనుగొన్నారు. నానోమెటీరియల్స్ ఇతర ఫైబర్-రీన్ఫోర్స్డ్ కాంపోజిట్‌ల కంటే బలంగా ఉండే మిశ్రమ పదార్థాలలో పొందుపరచబడ్డాయి మరియు వాటి స్వంత నిర్మాణాల ఆరోగ్యాన్ని పర్యవేక్షించే కొత్త సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. పాలిమర్‌లో తగినంత పూతతో కూడిన ఫైబర్‌లు పొందుపరచబడినప్పుడు, ఫైబర్‌లు పవర్ గ్రిడ్‌ను ఏర్పరుస్తాయి మరియు బల్క్ కాంపోజిట్‌లు విద్యుత్తును నిర్వహిస్తాయి. సెమీకండక్టర్ నానోపార్టికల్స్ బాహ్య శక్తుల చర్యలో ఈ విద్యుత్ వాహకతను నాశనం చేయగలవు, మిశ్రమాలకు యాంత్రిక మరియు విద్యుత్ విధులను జోడిస్తాయి. మిశ్రమాలను విస్తరించినట్లయితే, పూతతో కూడిన ఫైబర్‌ల కనెక్టివిటీ నాశనం అవుతుంది మరియు పదార్థంలోని నిరోధకత మారుతుంది. తుఫాను అల్లకల్లోలం మిశ్రమ రెక్కను వంగడానికి కారణమైతే, రెక్క చాలా ఒత్తిడిలో ఉందని సూచించడానికి మరియు పరీక్షను సూచించడానికి ఒక విద్యుత్ సిగ్నల్ విమానం యొక్క కంప్యూటర్‌ను హెచ్చరించవచ్చు. ORNL యొక్క రోలింగ్ స్ట్రిప్ ప్రదర్శన సూత్రప్రాయంగా ఈ పద్ధతి తదుపరి తరం మిశ్రమ పూతతో కూడిన ఫైబర్‌లను పెద్ద ఎత్తున ఉత్పత్తి చేయగలదని రుజువు చేస్తుంది. స్వీయ-సెన్సింగ్ మిశ్రమాలు, బహుశా పునరుత్పాదక పాలిమర్ ఉపరితలాలు మరియు తక్కువ-ధర కార్బన్‌తో తయారు చేయబడ్డాయి. ఫైబర్‌లు, 3D ప్రింటెడ్ కార్లు మరియు భవనాలతో సహా సర్వవ్యాప్త ఉత్పత్తులలో వాటి స్థానాన్ని కనుగొనగలవు. నానోపార్టికల్స్‌లో ఫైబర్‌లను పొందుపరచడానికి, పరిశోధకులు రోలర్‌లపై అధిక-పనితీరు గల కార్బన్ ఫైబర్ స్పూల్‌లను ఏర్పాటు చేశారు మరియు రోలర్‌లు ఫైబర్‌లను ఎపాక్సీ రెసిన్‌లలో నానబెట్టాయి, వీటిలో మార్కెట్లో అందుబాటులో ఉన్న నానోపార్టికల్స్ ఉంటాయి, దీని వెడల్పు వైరస్ వెడల్పు (45-65 nm) ఉంటుంది.

పూతను భద్రపరచడానికి ఫైబర్‌లను ఓవెన్‌లో ఎండబెట్టాలి. పాలిమర్ సబ్‌స్ట్రేట్‌కు అతికించిన నానోపార్టికల్స్‌లో పొందుపరిచిన ఫైబర్‌ల బలాన్ని పరీక్షించడానికి, పరిశోధకులు ఫైబర్-రీన్ఫోర్స్డ్ కాంపోజిట్ బీమ్‌లను తయారు చేశారు, వీటిని ఒక దిశలో అమర్చారు. బౌలాండ్ ఒక ఒత్తిడి పరీక్షను నిర్వహించింది, దీనిలో కాంటిలివర్ చివరలు స్థిరంగా ఉంటాయి, యాంత్రిక లక్షణాలను అంచనా వేసే యంత్రం బీమ్ విఫలమయ్యే వరకు బీమ్ మధ్యలో థ్రస్ట్‌ను వర్తింపజేస్తుంది. మిశ్రమ పదార్థం యొక్క సెన్సింగ్ సామర్థ్యాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి, అతను కాంటిలివర్ బీమ్ యొక్క రెండు వైపులా ఎలక్ట్రోడ్‌లను అమర్చాడు. "డైనమిక్ మెకానికల్ ఎనలైజర్" అని పిలువబడే యంత్రంలో, కాంటిలివర్‌ను స్థిరంగా ఉంచడానికి అతను ఒక చివరను క్లిప్ చేశాడు. బౌలాండ్ నిరోధకత మార్పును పర్యవేక్షిస్తుండగా, సస్పెన్షన్ బీమ్‌ను వంచడానికి యంత్రం మరొక చివరలో శక్తిని ప్రయోగిస్తుంది. పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకుడు ఎన్‌గోక్ న్గుయెన్, ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోమీటర్‌లో అదనపు పరీక్షలను నిర్వహించి మిశ్రమాలలో రసాయన బంధాలను అధ్యయనం చేయడానికి మరియు గమనించిన మెరుగైన యాంత్రిక బలాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి మెరుగుపరిచారు. వివిధ పరిమాణాల నానోపార్టికల్స్‌తో తయారు చేయబడిన మిశ్రమాల చెదరగొట్టే శక్తి సామర్థ్యాన్ని కూడా పరిశోధకులు పరీక్షించారు (వైబ్రేషన్ డంపింగ్ ప్రవర్తన ద్వారా కొలుస్తారు), ఇది షాక్‌లు, కంపనాలు మరియు ఇతర ఒత్తిడి మరియు జాతి మూలాలకు నిర్మాణ పదార్థాల ప్రతిస్పందనను సులభతరం చేస్తుంది. ప్రతి సాంద్రత వద్ద, నానోపార్టికల్స్ శక్తి వెదజల్లడాన్ని పెంచుతాయి (65% నుండి 257% వరకు వివిధ స్థాయిలకు). బౌలాండ్ మరియు నాస్కర్ స్వీయ-సెన్సింగ్ కార్బన్ ఫైబర్ మిశ్రమాల తయారీకి ప్రాసెస్ పేటెంట్ కోసం దరఖాస్తు చేసుకున్నారు.

"ఇంప్రెగ్నేటెడ్ పూతలు అభివృద్ధి చేయబడుతున్న కొత్త నానోమెటీరియల్స్ ప్రయోజనాన్ని పొందడానికి కొత్త మార్గాన్ని అందిస్తాయి" అని బౌలాండ్ అన్నారు. అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ యొక్క ACS అప్లైడ్ మెటీరియల్స్ అండ్ ఇంటర్‌ఫేసెస్ (అప్లైడ్ మెటీరియల్స్ & ఇంటర్‌ఫేసెస్) జర్నల్‌లో ప్రచురించబడిన ORNL లాబొరేటరీ దర్శకత్వం వహించిన పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి ప్రాజెక్టుల ద్వారా ఈ అధ్యయనం మద్దతు పొందింది.