Uzay Aracı Kendini İyileştirir mi? Mühendisler Kendi Kendini İyileştiren ve Yüzyıllarca Ömür Sağlayan Fütüristik Malzeme İcat Etti

North Carolina Eyalet Üniversitesi bilim adamları fütüristik bir şey yarattılar malzeme O kendini iyileştirir 1000'den fazla kez, bu da arabalara yol açabilir, uçak, rüzgar türbinleriVe uzay aracı Pahalı bakım ve onarım gerektirmeden yüzyıllarca dayanır.

Her ne kadar daha güçlü olan yeni malzeme kompozitler Şu anda bu tür uygulamalar için kullanılan bu kompozit henüz test aşamasında olduğundan, yaratılmasının arkasındaki araştırmacılar, kendi kendini onaran kompozitlerini pazara sunmak için halihazırda endüstri ortaklarıyla birlikte çalışıyorlar.

"Bu, hasarlı kompozit bileşenlerin değiştirilmesiyle ilgili maliyetleri ve işçiliği önemli ölçüde azaltacak ve enerji tüketilen ve atık Birçok endüstriyel sektör tarafından üretiliyor; çünkü manuel olarak incelenmesi, onarılması veya atılması gereken daha az kırık parçaya sahip olacaklar," diye açıklıyor makalenin ilgili yazarı ve North Carolina Eyalet Üniversitesi'nde inşaat, inşaat ve çevre mühendisliği doçenti olan Jason Patrick.

Mevcut FRB'lerin Kendi Kendini İyileştiren Fütüristik Malzemeye Dayalı Zayıflığı

Mühendisler aşırı basınçlara dayanabilecek güçlü, hafif malzemeler istediklerinde giderek daha fazla fiber takviyeli polimer (FRP) kompozitlere yöneliyorlar. Gibi lif katmanlarından yapılmıştır karbon fiber veya bardakbir şekilde birbirine bağlanmış polimer Epoksi gibi matrisli FRB'ler, etkileyici güç-ağırlık oranları nedeniyle genellikle uçaklar, uzay araçları, otomobiller ve rüzgar türbinleri için tercih edilen malzemedir.

Bu gelişmiş malzeme diğer modern yapılarda da görülmeye başlarken, yaygın kullanımı, bozulmasına yol açan doğal bir sorunu ortaya çıkardı: tabakalar arası delaminasyon. Spesifik olarak, FRB'ler basınç altında fiber katmanlarının bağlanma matrisinden ayrılmasına neden olabilecek küçük çatlaklar geliştirir.

Profesör Patrick, "Delaminasyon, 1930'lardan beri FRP kompozitler için bir zorluk olmuştur" diye açıkladı.

Testler, Malzemenin 1.000 Tekrarlanan Kırılma Sonrası Dayanıklılığını Kanıtlıyor

Kendini tekrar tekrar iyileştirebilen bir FRB yaratmak için, NC State araştırma ekibi 3D olarak baz fiber takviyesi üzerine termoplastik bir iyileştirici ajan yazdırdı. Bu malzeme kombinasyonu, delaminasyona direnmeye yardımcı olan polimer desenli bir ara katman oluşturdu.

Daha sonra araştırmacılar kompozit malzemeye, elektrik akımı uygulandığında ısınan ince bir karbon bazlı katman yerleştirdiler. Ekip bu katmanı bir akım uygulayarak test ettiğinde iyileştirici ajan eridi ve tekrarlanan stresin neden olduğu FRB içindeki çatlaklara ve mikro çatlaklara akmasına izin verdi. Araştırma ekibine göre bu süreç, katmanlara ayrılan katmanları "yeniden birleştiriyor" ve FRB'nin yapısal bütünlüğünü yeniden sağlıyor.

Yeni FRB'lerine tekrar tekrar çekme kuvveti uygulayacak şekilde tasarlanmış otomatik bir test sistemi kurduktan sonra, 50 milimetre uzunluğunda bir katmanlara ayrılmayı tetikleyerek ve ardından malzemenin kendi kendini iyileştirme sürecini etkinleştirmek için bir akım uygulayarak malzemenin esnekliğini test ettiler. Sonraki 40 gün boyunca ekip, her döngü arasında malzemenin tabakalara ayrılmaya karşı direncini ölçerken 1000 kırılma ve iyileşme döngüsünü tetikledi.

Araştırmanın baş yazarı ve NC State'de yüksek lisans öğrencisi olan Jack Turicek'e göre, bu testler iki önemli bulguyu ortaya çıkardı. Birincisi, kendi kendini onaran fütüristik malzemelerinin kırılma direnci, değiştirilmemiş FRB'lerinkinin "çok üstünde" başladı.

Turicek, "Kompozitimiz geleneksel kompozitlere göre önemli ölçüde daha sert başladığından, bu kendi kendini onaran malzeme, şu anda piyasada bulunan lamine kompozitlerden en az 500 döngü boyunca çatlamaya daha iyi direnç gösteriyor" dedi.

1000 test döngüsünün tamamı boyunca malzemenin direncini değerlendirirken araştırmacılar, aynı alanın tekrar tekrar çatlayıp iyileşmesi nedeniyle direncinin bir kısmını kaybettiğini buldu. Ancak Turicek, kendini iyileştiren fütüristik malzemenin bu yeteneğini "çok yavaş" kaybettiğini kaydetti.

Yüzyıllarca Dayanabilecek Uçak ve Uzay Gemileri İnşa Etmek

Olası ticari ve endüstriyel uygulamaları tartışırken Profesör Patrick, büyük, bakımı pahalı uçakların ve rüzgar türbinlerinin ideal adaylar olacağını söyledi. Ancak araştırmacı, geleneksel yerinde onarım tekniklerinin bir seçenek olmadığı "büyük ölçüde erişilemeyen ortamlarda" çalışan uzay aracı için potansiyel faydalara da dikkat çekti.

Ekip, rüzgar türbinleri veya uçaklar gibi karasal uygulamalarda, kendi kendini iyileştiren fütüristik malzemelerin kuş çarpması gibi gerçek olaylarla tetiklenebileceğini veya planlı bakım sırasında kasıtlı olarak etkinleştirilebileceğini tahmin ediyor. Olayların sayısına ve kasıtlı olarak etkinleştirilen kendi kendini onarma sıklığına bağlı olarak, malzeme şu anda mevcut olan FRB'lerin ötesinde onlarca yıl, hatta yüzyıllarca dayanabilir.

Profesör Patric, "Geliştirdiğimiz kendi kendini onaran teknolojinin, bileşenlerin yüzyıllarca dayanmasına olanak tanıyan uzun vadeli bir çözüm olabileceğine inanıyoruz" dedi. "Bu, geleneksel FRP kompozitlerin 15-40 yıl arasında değişen tipik ömrünün çok ötesinde."

Kendi kendini iyileştiren fütüristik malzeme henüz ticari olarak mevcut olmasa da profesör, Structeryx adında kendi şirketini kurdu ve teknolojinin patentini aldı. Bir sonraki adımı üreticilere yönelik yaklaşımı lisanslamak olacak.

Patrick, "Bu kendi kendini onaran yaklaşımın, mevcut kompozit üretim süreçleriyle entegre olacak şekilde stratejik olarak tasarlanmış teknolojilerine nasıl dahil edilebileceğini keşfetmek için endüstri ve hükümet ortaklarıyla birlikte çalışmaktan heyecan duyuyoruz" dedi.

Çalışma “Uzun Süreli Kendi Kendini İyileştirme: Yerinde Otomasyon, Yapısal Kompozitlerde Yüzyıl Ölçeğinde Kırık Kurtarma Sağlıyor" kategorisinde yayınlandı Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri.

Christopher Plain, Bilim Kurgu ve Fantazi roman yazarı ve The Debrief'te Baş Bilim Yazarıdır. Onu takip edin ve onunla bağlantı kurun X, onun kitapları hakkında bilgi edinin plainfiction.comveya doğrudan şu adrese e-posta gönderin: [email protected].