کاربرد نانولوله‌ها در تشخیص و ترمیم ترک در اجسام پلاستیکی

براساس یک مطالعه جدید، با افزودن حتی مقادیر کمی از نانولوله‌های کربنی می‌توان گام‌های بلندی را در افزایش قدرت، کمال و ایمنی مواد پلاستیکی (که کاربرد گسترده‌ای در کاربردهای مهندسی ‌دارند) برداشت.

محققان پژوهشگاه پلی تکنیک Rensselaer، روشی ساده و جدید برای تشخیص و ترمیم ترک‌های خطرناک و کوچک در بال‌های هواپیما و بسیاری از ساختارهای دیگر که از ترکیبات پلیمری ساخته شده‌اند، ابداع کرده‌اند.

این پژوهشگران با وارد کردن تدریجی نانولوله‌های کربنی رسانای الکتریسته به یک پلیمر و بررسی و ثبت مداوم مقاومت الکتریکی ساختار، توانستند مکان و طول ترک ناشی از فشار در یک ساختار مرکب را دقیقا شناسایی کنند.‌

مهندسان با تعیین محل ترک، یک جریان الکتریکی کوچک را برای گرم کردن نانولوله کربنی به این ناحیه می‌فرستند و در اثر ذوب شدن عامل بهبود دهنده- که در پلیمر جاسازی شده- ترک را با 70 درصد بازگشت استحکام اولیه ترمیم می کنند.

به گفته نیخیل کراتکار، استاد بخش مهندسی هسته‌ای، هوافضا و مکانیک پژوهشگاه Rensselaer، تشخیص و ترمیم آسیب ناشی از فرسودگی، کارایی و ایمنی اجزای ساختاری را در سیستم‌های مهندسی متنوع، تاحد قابل توجهی افزایش می‌دهد.

جزئیات این پروژه در مجله Applied Physics Letters به چاپ رسیده است.

گروه «کراتکار» با استفاده از اپوکسید معمولی ساختاری را ساختند که یک درصد از کل وزن آن را نانولوله کربنی چندجداره تشکیل می‌داد. آنها اپوکسید مایع را به طور مکانیکی مخلوط کردند تا مطمئن شوند نانولوله‌های کربنی ضمن اینکه در قالب خشک می شوند به‌طور مناسبی در تمامی ساختار پخش شده‌اند، همچنین سیم‌هایی را به صورت شبکه برای اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی و کنترل ولتاژ اعمال شده به ساختار به درون آن وارد کردند. بدین‌ترتیب می‌توان با ارسال مقدار کمی الکتریسته به درون نانولوله‌های کربنی، مقاومت الکتریکی را بین دو نقطه دلخواه روی هر سیم اندازه‌گیری کرد، سپس ترک کوچکی در ساختار ایجاد کردند و مقاومت الکتریکی را بین نزدیک ترین نقاط اندازه‌گیری کردند.

از آنجایی که جریان الکتریکی برای رسیدن از نقطه‌ای به نقطه دیگر باید از اطراف ترک عبور کند، مقاومت الکتریکی افزایش می‌یابد. هر چه طول ترک بیشتر باشد مقاومت الکتریکی بین دو نقطه نیز بیشتر می شود.

«کراتکار»، مطمئن است که این روش برای ساختارهای بزرگ تر نیز موثر خواهد بود. از آنجایی که نانولوله‌ها در سراسر ساختا به طور همزمان و یکنواخت وجود دارند، این روش می تواند با اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی و بدون نیاز به افزودن حسگرهای خارجی یا ابزارهای الکترونیکی گمراه کننده برای بررسی هر قسمت مورد استفاده قرار گیرد. این حسگرها درواقع جزء لازم ساختارند و اجازه بازنگری هر بخش از ساختار را می‌دهند.

با تشخیص ترک، می‌توان ولتاژ عبوری از سرتاسر نانولوله‌های کربنی را در نقطه خاصی در شبکه

افزایش داد.

این ولتاژ اضافی با تولید گرما، عامل ترمیم کننده را ذوب کرده، آن را با اپوکسی مخلوط می‌کند. این محققان نشان دادند که ساختارهای تعمیر شده، حدود 70 درصد استحکام ساختار اولیه (ساختار بدون ترک) را دوباره به‌دست می‌آورند و برای جلوگیری از بروز یک نقص ساختاری فاجعه‌آمیز با کامل به اندازه کافی مستحکم می‌شوند.

این روش، یکی از روش‌های موثر برای غلبه بر ترک‌های ریز و شکل غیرمعمولی از آسیب ساختاری، به نام لایه لایه شدن است. مطلب مهم درباره این کاربرد جدید این است که ما از نانولوله‌های کربنی نه تنها برای تشخیص ترک، بلکه برای ترمیم آن نیز استفاده می‌کنیم.

به گزارش ایسنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، این سیستم امکان بازنگری همزمان تمام ساختار را برای متصدی فراهم می‌کند و وجود ترک یا لایه لایه شدن را با تغییر در مقاومت الکتریکی در نقاط خاصی از ساختار آشکار می‌کند.

این سیستم به افزایش عمر، ایمنی و کم هزینه تر شدن ساختارهای پلیمری- که معمولا به جای فلزات در جاهایی که وزن یک عامل مهم است، استفاده می‌شود- کمک خواهد کرد.

منبع: کیهان