كاربرد نانولوله‌ها در تشخیص و ترمیم ترك در اجسام پلاستیكی
براساس یك مطالعه جدید، با افزودن حتی مقادیر كمی از نانولوله‌های كربنی می‌توان گام‌های بلندی را در افزایش قدرت، كمال و ایمنی مواد پلاستیكی (كه كاربرد گسترده‌ای در كاربردهای مهندسی دارند) برداشت.
محققان پژوهشگاه پلی تكنیك Rensselaer، روشی ساده و جدید برای تشخیص و ترمیم ترك‌های خطرناك و كوچك در بال‌های هواپیما و بسیاری از ساختارهای دیگر كه از تركیبات پلیمری ساخته شده‌اند، ابداع كرده‌اند.
این پژوهشگران با وارد كردن تدریجی نانولوله‌های كربنی رسانای الكتریسته به یك پلیمر و بررسی و ثبت مداوم مقاومت الكتریكی ساختار، توانستند مكان و طول ترك ناشی از فشار در یك ساختار مركب را دقیقا شناسایی كنند.
مهندسان با تعیین محل ترك، یك جریان الكتریكی كوچك را برای گرم كردن نانولوله كربنی به این ناحیه می‌فرستند و در اثر ذوب شدن عامل بهبود دهنده- كه در پلیمر جاسازی شده- ترك را با 70 درصد بازگشت استحكام اولیه ترمیم می كنند.
به گفته نیخیل كراتكار، استاد بخش مهندسی هسته‌ای، هوافضا و مكانیك پژوهشگاه Rensselaer، تشخیص و ترمیم آسیب ناشی از فرسودگی، كارایی 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 «كراتكار» با استفاده از اپوكسید معمولی ساختاری را ساختند كه یك درصد از كل وزن آن را نانولوله كربنی چندجداره تشكیل می‌داد. آنها اپوكسید مایع را به طور مكانیكی مخلوط كردند تا مطمئن شوند نانولوله‌های كربنی ضمن اینكه در قالب خشك می شوند به‌طور مناسبی در تمامی ساختار پخش شده‌اند، همچنین سیم‌هایی را به صورت شبكه برای اندازه‌گیری مقاومت الكتریكی و كنترل ولتاژ اعمال شده به ساختار به درون آن وارد كردند. بدین‌ترتیب می‌توان با ارسال مقدار كمی الكتریسته به درون نانولوله‌های كربنی، مقاومت الكتریكی را بین دو نقطه دلخواه روی هر سیم اندازه‌گیری كرد، سپس ترك كوچكی در ساختار ایجاد كردند و مقاومت الكتریكی را بین نزدیك ترین نقاط اندازه‌گیری کردند.
از آنجایی كه جریان الكتریكی برای رسیدن از نقطه‌ای به نقطه دیگر باید از اطراف ترك عبور كند، مقاومت الكتریكی افزایش می‌یابد. هر چه طول ترك بیشتر باشد مقاومت الكتریكی بین دو نقطه نیز بیشتر می شود.
«كراتكار»، مطمئن است كه این روش برای ساختارهای بزرگ تر نیز موثر خواهد بود. از آنجایی كه نانولوله‌ها در سراسر ساختا به طور همزمان و یكنواخت وجود دارند، این روش می تواند با اندازه‌گیری مقاومت الكتریكی و بدون نیاز به افزودن حسگرهای خارجی یا ابزارهای الكترونیكی گمراه كننده 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 ترك، می‌توان ولتاژ عبوری از سرتاسر نانولوله‌های كربنی را در نقطه خاصی در شبكه
افزایش داد.
این ولتاژ اضافی با تولید گرما، عامل ترمیم كننده را ذوب كرده، آن را با اپوكسی مخلوط می‌كند. این محققان نشان دادند كه ساختارهای تعمیر شده، حدود 70 درصد استحكام ساختار اولیه (ساختار بدون ترك) را دوباره به‌دست می‌آورند و برای جلوگیری از بروز یك نقص ساختاری فاجعه‌آمیز با كامل به اندازه كافی مستحكم می‌شوند.
این روش، یكی از روش‌های موثر برای غلبه بر ترك‌های ریز و شكل غیرمعمولی از آسیب ساختاری، به نام لایه لایه شدن است. مطلب مهم درباره این كاربرد جدید این است كه ما از نانولوله‌های كربنی نه تنها برای تشخیص ترك، بلكه برای ترمیم آن نیز استفاده می‌كنیم.
به گزارش ایسنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، این سیستم امكان بازنگری همزمان تمام ساختار را برای متصدی فراهم می‌كند و وجود ترك یا لایه لایه شدن را با تغییر در مقاومت الكتریكی در نقاط خاصی از ساختار آشكار می‌كند.
این سیستم به افزایش عمر، ایمنی و كم هزینه تر شدن ساختارهای پلیمری- كه معمولا به جای فلزات در جاهایی كه وزن یك عامل مهم است، استفاده می‌شود- كمك خواهد كرد.
منبع: کیهان
