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. Epoksi reçineler gibi polimer alt tabakalara güçlendirilmiş karbon fiberler gömülür. İki malzemenin farklı mekanik özellikleri nedeniyle, fiberler aşırı stres veya yorulma altında alt tabakadan düşecektir. Bu, karbon fiber kompozit yapıdaki hasarın yüzeyin altında gizli kalabileceği ve çıplak gözle tespit edilemeyeceği anlamına gelir; bu da feci bir arızaya yol açabilir.
"Kompozitlerin iç yapısını anlayarak sağlıklarını daha iyi değerlendirebilir ve onarılması gereken herhangi bir hasar olup olmadığını anlayabilirsiniz," diyor araştırmacı Ridge Chris Bowland.
ABD Enerji Bakanlığı bünyesindeki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı (Oak National Laboratory) Wigner. Bowland ve ORNL'deki karbon ve kompozit ekibinin başkanı Amit Naskar, iletken karbon fiberleri yarı iletken silisyum karbür nanopartiküllerine sarmak için bir yuvarlanan şerit yöntemi icat etti. Nanomalzemeler, diğer fiber takviyeli kompozitlerden daha güçlü olan ve kendi yapılarının sağlığını izleme konusunda yeni bir yeteneğe sahip kompozit malzemelere gömülüdür. Polimerin içine yeterli sayıda kaplanmış fiber yerleştirildiğinde, fiberler bir güç şebekesi oluşturur ve büyük kompozitler elektrik iletir. Yarı iletken nanopartiküller, dış kuvvetlerin etkisi altında bu elektriksel iletkenliği yok ederek kompozitlere mekanik ve elektriksel işlevler kazandırabilir. Kompozitler gerilirse, kaplanmış fiberlerin bağlantısı bozulur ve malzemedeki direnç değişir. Fırtına türbülansı kompozit kanadın bükülmesine neden olursa, bir elektrik sinyali uçağın bilgisayarını uyararak kanadın çok fazla basınç altında olduğunu bildirebilir ve bir test önerebilir. ORNL'nin yuvarlanan şerit gösterisi, prensip olarak bu yöntemin geniş bir alanda yeni nesil kompozit kaplanmış fiberler üretebileceğini kanıtlıyor. Ölçek. Yenilenebilir polimer substratlardan ve düşük maliyetli karbon fiberlerden yapılmış, kendi kendini algılayan kompozitler, 3 boyutlu yazıcıyla üretilmiş arabalar ve binalar da dahil olmak üzere yaygın ürünlerde kendilerine yer bulabilirler. Nanopartiküllere gömülü fiberler üretmek için araştırmacılar, silindirlere yüksek performanslı karbon fiber makaralar yerleştirdiler ve silindirler, fiberleri piyasada bulunan ve genişliği virüsün genişliğine (45-65 nm) yakın nanopartiküller içeren epoksi reçinelerine batırdılar.
Lifler daha sonra kaplamayı sabitlemek için fırında kurutulur. Polimer alt tabakaya yapıştırılmış nanopartiküllere gömülmüş liflerin mukavemetini test etmek için araştırmacılar, Tek Yönlü olarak düzenlenmiş fiber takviyeli kompozit kirişler yaptılar. Bowland, konsolun uçlarının sabitlendiği bir stres testi gerçekleştirdi. Bu testte, mekanik özellikleri değerlendiren makine, kiriş kırılıncaya kadar kirişin ortasına itme kuvveti uyguladı. Kompozit malzemenin algılama kabiliyetini incelemek için konsol kirişinin her iki tarafına elektrotlar yerleştirdi. "Dinamik mekanik analizör" olarak bilinen bir makinede, konsolu sabit tutmak için bir ucunu kesti. Bowland direnç değişimini izlerken, makine diğer uçtan süspansiyon kirişini bükmek için kuvvet uygular. Doktora sonrası araştırmacı Ngoc Nguyen ile birlikte çalışan ORNL, kompozitlerdeki kimyasal bağları incelemek ve gözlemlenen artan mekanik mukavemeti daha iyi anlamak için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi spektrometresinde ek testler gerçekleştirdi. Araştırmacılar ayrıca, yapısal malzemelerin şoklara, titreşimlere ve diğer stres ve gerinim kaynaklarına tepkisini kolaylaştıracak farklı miktarlarda nanopartikülden oluşan kompozitlerin yayılım enerjisinin kabiliyetini de test ettiler (titreşim sönümleme davranışıyla ölçüldü). Nanopartiküller, her konsantrasyonda enerji yayılımını artırabilir (%65'ten %257'ye kadar değişen oranlarda). Bowland ve Naskar, kendi kendini algılayan karbon fiber kompozitlerin üretimi için bir süreç patenti başvurusunda bulundu.
Bowland, "Emprenye kaplamalar, geliştirilmekte olan yeni nanomalzemelerden yararlanmanın yeni bir yolunu sunuyor." dedi. Çalışma, ORNL Laboratuvarı tarafından yönetilen ve Amerikan Kimya Derneği'nin ACS Applied Materials and Interfaces (Uygulamalı Malzemeler ve Arayüzler) dergisinde yayınlanan araştırma ve geliştirme projeleri tarafından desteklendi.
Gönderi zamanı: 07-12-2018