تسهیل تولید قطعات كامپوزیت با غشاهای نانولوله كربنی
به گزارش كوتاه كننده لینك محققان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) با استفاده از نانولوله های كربنی موفق به ساده كردن فرایند ساخت قطعات كامپوزیت شده اند.
به گزارش كوتاه كننده لینك به نقل از ایسنا و به نقل از نیو اطلس، به طور معمول در هنگام ساخت اجناس كامپوزیت، باید از اجاق ها و دیگ های عظیم استفاده شود، اما این فرایند تولید بزودی به لطف استفاده از غشاهای نانولوله كربنی بسیار ساده تر، ارزان تر و مقرون به صرفه تر خواهد شد.
كامپوزیت ها از مواد لایه ای انباشته شده تشكیل شده اند كه به واسطه رزین یا ماتریس دیگری به منظور ایجاد یك حالت جامد به یكدیگر پیوند می خورند. قطعات بزرگی كه از چنین كامپوزیت هایی ساخته شده اند باید در اجاق های عظیم برای بهبود یافتن با رزین گرم شوند. بعلاوه آنها باید تحت فشار زیادی در دیگ های غول پیكر قرار بگیرند تا شكاف های هوای ناخواسته از بین لایه ها بیرون برود.
حالا تعدادی از پژوهشگران در موسسه فناوری ماساچوست(MIT) در حال جایگزینی اجاق ها و دیگ ها با پرده های نازك یا غشاهای ظریف ساخته شده از نانولوله های كربنی هستند كه به شرح زیر استفاده می شوند:
هنگامی كه كامپوزیت شكل می گیرد، ورق های غشا بین هر لایه از مواد قرار می گیرند. هنگامی كه این لایه ها یكی بعد از دیگری گرم می شوند، واكنش مویرگی تولید شده توسط كانال های ریز بین نانولوله ها سبب ایجاد فشار منفی می شود و لایه ها را به هم نزدیك می كند. در نتیجه، هر هوایی كه امكان دارد بین لایه ها وجود داشته باشد، خارج می شود.
علاوه بر این هنگامی كه این قطعه به شكل دلخواه قالب ریزی شد، یك ورق بزرگ از این غشا دور قطعه تولیدی پیچیده میشود. نانولوله های درون غشا با استفاده از جریان الكتریكی گرم می شوند. این كار سبب می شود كه ازكل ورق مانند پتوی برقی گرما ساطع شود و در این حالت هم فشار مویرگی را بوجود می آورد و هم رزین را عمل می آورد.
تابحال محققان با موفقیت از این روش برای ساخت نمونه های كامپوزیت با عرض چند سانتی متر بهره برده اند. آنها حالا به دنبال افزایش مقیاس این فناوری هستند، ازاین رو می توان در آینده ای نزدیك از آن در ساخت قطعات هواپیما، تیغه های توربین های بادی، لوله های گاز و موارد دیگر بهره برد.
كامپوزیت(ماده مركب یا چندسازه) به ماده ای اطلاق می شود كه از دو فاز ماتریس و تقویت كننده تشكیل شده باشد و از فاز دوم حداكثر به اندازه ۵ درصد استفاده شده باشد. به تركیب ماتریس با الیاف (یا ماده تقویت كننده) زیر ۵ درصد كامپوزیت گفته می شود. در مهندسی مواد این اصطلاح معمولاً به موادی گفته می شود كه از یك فاز زمینه (ماتریس) و یك تقویت كننده (پركننده) تشكیل شده باشند.
كامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریس و تقویت كننده تشكیل شده است. ماتریس با احاطه كردن تقویت كننده آنرا در محل نسبی خودش نگه می دارد. تقویت كننده باعث بهبود خواص مكانیكی ساختار می شود. به صورت كلی تقویت كننده می تواند به صورت فیبرهای كوتاه یا بلند و پیوسته باشد.
نانولوله های كربنی كه از صفحات كربن به ضخامت یك اتم و به شكل استوانه توخالی ساخته شده است در سال ۱۹۹۱ توسط سامیو ایجیما (از شركت NEC ژاپن) كشف شد.
نانو لوله های كربنی، ساختارهای حلقوی تو خالی و متشكل از اتم های كربن هستندكه می توانند به شكل تك یا چند جداره آرایش یابند و دارای خواص فلزی و شبه رسانایی هم هستند. نانو لوله های كربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری مكانیكی و حرارتی خوبی هستند. با اینكه تخلخل های نانولوله های كربنی به صورت قابل توجهی كوچك است، غشاهای نانو لوله ای نشان داده اند كه به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله ها، شدت جریان بیشتر یا یكسانی نسبت به تخلخل های بسیار بزرگتر دارند. این مواد بادوام و در مقابل گرما مقاوم هستند و هم تمیز كردن و استفاده مجدد از آنها در فرایندهای تصفیه ای مانند آب و فاضلاب ساده است. غشاهای نانو لوله ای می توانند تقریباً تمام آلودگی های آب شامل باكتری، ویروس، تركیبات آلی و كدورات را حذف نمایند.
این قبیل مولكول های استوانه ای شكل خواص نوظهوری دارند كه آنها را دارای پتانسیل مفیدی در خیلی از كاربردها در نانوتكنولوژی، اپتیك، الكترونیك و دیگر زمینه های علم مواد می سازد. شكل لوله ای كربن از دیگر شكل های كربن مانند ورقه های گرافیتی مطلوب تر است. این به این علت است كه ساختار لوله ای فاقد باندهای غیر پیوندی و معلق است كه سبب می شود ساختار از انرژی كمتری برخوردار باشد. آنها استقامت غیرعادی، قابلیت ارتجاع، مقاومت كششی بالا، وزن كم و خواص الكتریكی بی مانندی را نشان می دهند و درعین حال به صورت كارآمدی رسانای گرمایی هستند.
نانولوله ها دارای فرم لوله ای با ساختار شش ضلعی هستند. آنها را می توان صفحات گرافیتی فرض كرد كه لوله شده اند. نانولوله ها بر مبنای محور چرخش صفحات می توانند رسانا یا نیمه رسانا باشند. به دلیل این كه كربن با سه پیوند همچنان دارای یك اوربیتال خالی p است، حركت موجی الكترون ها به راحتی در سطح بیرونی این لوله ها صورت می گیرد.
خواص ویژه و منحصر به فرد آن ازجمله مدول یانگ بالا و استقامت كششی خوب از یك طرف و طبیعت كربنی بودن نانولوله (به خاطر این كه كربن ماده ای است كم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها كه نسبت به فلزات برای تولید ارزان تر است) سبب شده كه در دهه گذشته شاهد تحقیقات مهمی در كارایی و پرباری روش های رشد نانولوله ها باشیم. كارهای نظری و عملی زیادی هم بر روی ساختار اتمی و ساختارهای الكترونی نانولوله كربنی متمركز شده است. كوشش های گسترده ای هم برای رسیدگی به خواص مكانیكی شامل مدول یانگ و استقامت كششی و ساز وكار عیوب و اثر تغییر شكل نانولوله ها بر خواص الكتریكی صورت گرفته است.
این مطالعه كه توسط پروفسور "برایان وردل" هدایت می شود در مجله Advanced Material Interfaces انتشار یافته است.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان gph در مورد این مطلب