_ Tehnologia neconvențională îmbunătățește compozitele importante pentru automobile, industria aerospațială și a energiei regenerabile

Oamenii de știință de la Laboratorul Național Oak Ridge al Departamentului de Energie au dezvoltat o metodă care demonstrează modul în care materialele compozite polimerice armate cu fibre utilizate în industria auto, aerospațială și a energiei regenerabile pot fi mai puternice și mai dur pentru a rezista mai bine la tensiunile mecanice sau structurale de-a lungul timpului.

Lucrarea care detaliază această cercetare, intitulată „Îmbunătățirea tenacității compozitelor prin formarea ierarhică”, este publicată în Advanced Science și este prezentată pe coperta interioară a revistei.

Compozitele au deja multe lucruri bune pentru ei. Sunt puternice și ușoare în comparație cu omologii lor metalici. De asemenea, sunt rezistente la coroziune și oboseală și pot fi adaptate pentru a îndeplini cerințele specifice de performanță industrială. Cu toate acestea, ele sunt vulnerabile la deteriorarea cauzată de efort, deoarece două materiale diferite - fibre rigide și o matrice moale sau o substanță de liant - sunt combinate pentru a le face. Interfaza dintre cele două materiale trebuie îmbunătățită datorită influenței sale asupra proprietăților mecanice generale ale compozitelor.

Sumit Gupta de la ORNL a spus că echipa de cercetare a depus nanofibre termoplastice precum pânzele de păianjen pentru a crea chimic o rețea de susținere care întărește interfaza. Tehnica lor diferă de metodele convenționale de acoperire a suprafețelor fibrelor cu polimeri sau de furnizare a unei schele rigide pentru a îmbunătăți legătura dintre fibră și matrice, care s-au dovedit a fi ineficiente și costisitoare.

Gupta a spus că el și Echipa a selectat cu atenție nanofibrele și materialul matricei pentru a crea schele cu suprafață mare sau punți ca cale de transfer a sarcinii, un mecanism prin care stresul este trecut între fibrele de armare și materialul matricei înconjurător.

„Noastre. Procesul permite materialului să reziste la o presiune mai mare Utilizând această abordare simplă, scalabilă și cu costuri reduse, putem crește rezistența compozitelor cu aproape 60% și duritatea cu 100%", a spus el.

Compozitele fabricate cu un astfel de progres ar putea îmbunătăți nenumărate lucruri aplicate în viața noastră de zi cu zi, de la vehicule la avioane.

„Odată ce am cunoscut știința de bază și chimia din spatele a ceea ce am dezvoltat, am devenit încrezător că avem tehnologie aplicată valoroasă”, a spus Christopher Bowland de la ORNL. „Devenirea de pionierat a noii tehnologii și înțelegerea științei fundamentale este un aspect al muncii pe care o desfășurăm. Cu toate acestea, o altă fațetă a cercetării aplicate este de a explora modul în care tehnologia poate fi transpusă în aplicații din lumea reală în beneficiul societății. Lucrul cu echipa de transfer de tehnologie a ORNL, un brevetul a fost depus asupra acestei cercetări pentru a putea traduce tehnologia către parteneri comerciali.”

Bowland a spus că cercetările viitoare se referă la diferite sisteme de fibre și matrice care au grupuri chimice compatibile, iar cercetătorii intenționează să efectueze mai multe studii asupra nanofibrele înseși pentru a-și crește rezistența.

Acest studiu face parte din programul de bază 2.0 pentru compozite nou înființat din Programul de tehnologie a materialelor de la Biroul de tehnologii pentru vehicule din cadrul Biroului pentru eficiență energetică și energie regenerabilă al DOE, sau VTO- EERE. Programul, condus de ORNL împreună cu laboratoarele participante Pacific Northwest National Laboratory și National Renewable Energy Laboratory, se străduiește să sporească eficiența vehiculelor prin dezvoltarea de materiale avansate.

„O cale de a atinge obiectivul programului este înlocuirea componentelor mai grele din oțel cu compozite din fibră de carbon, care oferă în prezent cel mai bun potențial de reducere a greutății”, a declarat Amit Naskar, liderul grupului Carbon and Composites al ORNL. „Dezvoltarea unor interfaze mai puternice și mai dure în compozitele de înaltă performanță armate cu fibre poate reduce fracțiunea de volum a fibrei cu o reducere îmbunătățită a masei și o rentabilitate ulterioară a structurilor compozite.”

Echipa de cercetare a folosit resursele Compute și Facilitatea de utilizator Data Science la ORNL pentru studii computaționale pentru a înțelege forțele fundamentale de legătură. Echipa a folosit, de asemenea, microscopia cu forță atomică la Centrul pentru Științe ale Materialelor Nanofază, sau CNMS, pentru a caracteriza rigiditatea sau rigiditatea interfazei proiectate. CNMS este o facilitate pentru utilizatori DOE Office of Science la ORNL.

(Fluierul)