Son rapora göre, yeni nesil kompozit malzemeler kendi yapısal sağlık durumlarını izleyebilecek ve yaygınlaşacak.
Karbon fiber kompozitler hafif ve sağlamdır ve otomobiller, uçaklar ve diğer ulaşım araçları için önemli yapısal malzemelerdir. Güçlendirilmiş karbon fiberlerle gömülü epoksi reçineler gibi polimer alt tabakalardan oluşurlar. İki malzemenin farklı mekanik özellikleri nedeniyle, lifler aşırı stres veya yorgunluk altında alt tabakadan düşecektir. Bu, karbon fiber kompozit yapısındaki hasarın hala yüzeyin altında gizli olabileceği ve çıplak gözle tespit edilemeyeceği anlamına gelir ve bu da felaketle sonuçlanabilecek bir arızaya yol açabilir.
"Kompozitlerin iç kısımlarını anlayarak sağlıklarını daha iyi değerlendirebilir ve onarılması gereken herhangi bir hasar olup olmadığını anlayabilirsiniz," diyor Ridge Chris Bowland, bir araştırmacı.
ABD Enerji Bakanlığı'na bağlı Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı (Oak National Laboratory) Wigner. ”Son zamanlarda, Bowland ve ORNL'deki karbon ve kompozit ekibinin başkanı Amit Naskar, iletken karbon fiberleri yarı iletken silisyum karbür nanopartiküllerine sarmak için yuvarlanan şerit yöntemini icat etti. Nanomalzemeler, diğer fiber takviyeli kompozitlerden daha güçlü olan ve kendi yapılarının sağlığını izlemek için yeni bir yeteneğe sahip olan kompozit malzemelere gömülüdür. Polimerin içine yeterli sayıda kaplanmış fiber gömüldüğünde, fiberler bir güç şebekesi oluşturur ve toplu kompozitler elektriği iletir. Yarı iletken nanopartiküller, dış kuvvetlerin etkisi altında bu elektriksel iletkenliği yok edebilir ve kompozitlere mekanik ve elektriksel işlevler ekleyebilir. Kompozitler gerilirse, kaplanmış fiberlerin bağlantısı yok olur ve malzemedeki direnç değişir. Fırtına türbülansı kompozit kanadın bükülmesine neden olursa, bir elektrik sinyali uçağın bilgisayarını uyararak kanadın çok fazla basınç altında olduğunu gösterebilir ve bir test önerebilir. ORNL'nin yuvarlanan şerit gösterisi, yöntemin büyük bir alanda yeni nesil kompozit kaplanmış fiberler üretebileceğini prensip olarak kanıtlıyor Ölçek. Yenilenebilir polimer substratlardan ve düşük maliyetli karbon fiberlerden yapılmış olabilecek kendi kendini algılayan kompozitler, 3D yazdırılmış arabalar ve binalar dahil olmak üzere her yerde bulunan ürünlerde yer bulabilir. Nanopartiküllere gömülü lifler yapmak için araştırmacılar, silindirlere yüksek performanslı karbon fiber makaraları yerleştirdiler ve silindirler lifleri piyasada bulunan ve genişliği virüsün genişliğine yakın (45-65 nm) nanopartiküller içeren epoksi reçinelere batırdı.
Lifler daha sonra kaplamayı sabitlemek için fırında kurutulur. Polimer alt tabakaya yapıştırılmış nanopartiküllere gömülmüş liflerin mukavemetini test etmek için araştırmacılar, One Direction'da düzenlenmiş fiber takviyeli kompozit kirişler yaptılar. Bowland, konsolun uçlarının sabitlendiği, mekanik özellikleri değerlendiren makinenin kirişin ortasına kiriş bozulana kadar itme uyguladığı bir stres testi gerçekleştirdi. Kompozit malzemenin algılama yeteneğini incelemek için konsol kirişinin her iki tarafına elektrotlar yerleştirdi. "Dinamik mekanik analizör" olarak bilinen bir makinede, konsolu sabit tutmak için bir ucunu kesti. Makine, süspansiyon kirişini bükmek için diğer uçtan kuvvet uygularken Bowland direnç değişimini izler. Doktora sonrası araştırmacı Ngoc Nguyen olan ORNL, kompozitlerdeki kimyasal bağları incelemek ve gözlemlenen gelişmiş mekanik mukavemeti daha iyi anlamak için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi spektrometresinde ek testler gerçekleştirdi. Araştırmacılar ayrıca, yapısal malzemelerin şoklara, titreşimlere ve diğer stres ve zorlanma kaynaklarına tepkisini kolaylaştıracak farklı miktarlarda nanopartiküllerden yapılmış kompozitlerin dağıtıcı enerjisinin yeteneğini de test ettiler (titreşim sönümleme davranışıyla ölçüldü). Her konsantrasyonda, nanopartiküller enerji dağılımını artırabilir (%65'ten %257'ye kadar değişen derecelerde). Bowland ve Naskar, kendi kendini algılayan karbon fiber kompozitlerin üretimi için bir işlem patenti başvurusunda bulundu.
"Emprenye kaplamalar, geliştirilmekte olan yeni nanomalzemelerden faydalanmanın yeni bir yolunu sunuyor." dedi Bowland. Çalışma, ORNL Laboratuvarı tarafından yönetilen ve Amerikan Kimya Derneği'nin ACS Applied Materials and Interfaces (Applied Materials & Interfaces) dergisinde yayınlanan araştırma ve geliştirme projeleri tarafından desteklendi.
Gönderi zamanı: 07-12-2018