تسهیل فراوری قطعات کامپوزیت با غشاهای نانولوله کربنی - دوست بلاگ

به گزارش خبرنگاران و به نقل از نیو اطلس، به طور معمول در هنگام ساخت اجناس کامپوزیت، باید از اجاق ها و دیگ های عظیم استفاده گردد، اما این فرآیند فراوری به زودی به لطف استفاده از غشاهای نانولوله کربنی بسیار ساده تر، ارزان تر و مقرون به صرفه تر خواهد شد.

کامپوزیت ها از مواد لایه ای انباشته شده تشکیل شده اند که به واسطه رزین یا ماتریس دیگری به منظور ایجاد یک حالت جامد به یکدیگر پیوند می خورند. قطعات بزرگی که از چنین کامپوزیت هایی ساخته شده اند باید در اجاق های عظیم برای بهبود یافتن با رزین گرم شوند. به علاوه آنها باید تحت فشار زیادی در دیگ های غول پیکر قرار بگیرند تا شکاف های هوای ناخواسته از بین لایه ها خارج گردد.

اکنون گروهی از محققان در موسسه فناوری ماساچوست(MIT) در حال جایگزینی اجاق ها و دیگ ها با پرده های نازک یا غشاهای ظریف ساخته شده از نانولوله های کربنی هستند که به توضیح زیر استفاده می شوند:

هنگامی که کامپوزیت شکل می گیرد، ورق های غشا بین هر لایه از مواد قرار می گیرند. هنگامی که این لایه ها یکی پس از دیگری گرم می شوند، واکنش مویرگی فراوری شده توسط کانال های ریز بین نانولوله ها باعث ایجاد فشار منفی می گردد و لایه ها را به هم نزدیک می نماید. در نتیجه، هر هوایی که ممکن است بین لایه ها وجود داشته باشد، خارج می گردد.

علاوه بر این هنگامی که این قطعه به شکل دلخواه قالب ریزی شد، یک ورق بزرگ از این غشا دور قطعه فراوریی پیچیده می گردد. نانولوله های درون غشا با استفاده از جریان الکتریکی گرم می شوند. این کار باعث می گردد که ازکل ورق مانند پتوی برقی گرما ساطع گردد و در این حالت هم فشار مویرگی را ایجاد می نماید و هم رزین را عمل می آورد.

تا به امروز محققان با موفقیت از این روش برای ساخت نمونه های کامپوزیت با عرض چند سانتی متر استفاده نموده اند. آنها اکنون در پی افزایش مقیاس این فناوری هستند، بنابراین می توان در آینده ای نزدیک از آن در ساخت قطعات هواپیما، تیغه های توربین های بادی، لوله های گاز و موارد دیگر استفاده کرد.

کامپوزیت(ماده مرکب یا چندسازه) به ماده ای اطلاق می گردد که از دو فاز ماتریس و تقویت نماینده تشکیل شده باشد و از فاز دوم حداکثر به اندازه 5 درصد استفاده شده باشد. به ترکیب ماتریس با الیاف (یا ماده تقویت نماینده) زیر 5 درصد کامپوزیت گفته می گردد. در مهندسی مواد این اصطلاح معمولاً به موادی گفته می گردد که از یک فاز زمینه (ماتریس) و یک تقویت نماینده (پرنماینده) تشکیل شده باشند.

کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریس و تقویت نماینده تشکیل شده است. ماتریس با احاطه کردن تقویت نماینده آن را در محل نسبی خودش نگه می دارد. تقویت نماینده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار می گردد. به طور کلی تقویت نماینده می تواند به صورت فیبرهای کوتاه یا بلند و پیوسته باشد.

نانولوله های کربنی که از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه توخالی ساخته شده است در سال 1991 توسط سامیو ایجیما (از شرکت NEC ژاپن) کشف شد.

نانو لوله های کربنی، ساختارهای حلقوی تو خالی و متشکل از اتم های کربن هستندکه می توانند به شکل تک یا چند جداره آرایش یابند و دارای خواص فلزی و شبه رسانایی نیز هستند. نانو لوله های کربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری مکانیکی و حرارتی خوبی هستند. اگر چه تخلخل های نانولوله های کربنی به طور قابل توجهی کوچک است، غشاهای نانو لوله ای نشان داده اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله ها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخل های بسیار بزرگتر دارند. این مواد بادوام و در مقابل گرما مقاوم هستند و نیز تمیز کردن و استفاده مجدد از آن ها در فرایندهای تصفیه ای مانند آب و فاضلاب ساده است. غشاهای نانو لوله ای می توانند تقریباً تمام آلودگی های آب اعم از باکتری، ویروس، ترکیبات آلی و کدورات را حذف نمایند.

این قبیل مولکول های استوانه ای شکل خواص نوظهوری دارند که آن ها را دارای پتانسیل مفیدی در بسیاری از کاربردها در نانوتکنولوژی، اپتیک، الکترونیک و دیگر زمینه های علم مواد می سازد. شکل لوله ای کربن از دیگر شکل های کربن مانند ورقه های گرافیتی مطلوب تر است. این به این دلیل است که ساختار لوله ای فاقد باندهای غیر پیوندی و معلق است که باعث می گردد ساختار از انرژی کمتری برخوردار باشد. آن ها استحکام غیرعادی، قابلیت ارتجاع، مقاومت کششی بالا، وزن کم و خواص الکتریکی بی مانندی را نشان می دهند و درعین حال به طور کارآمدی رسانای گرمایی هستند.

نانولوله ها دارای فرم لوله ای با ساختار شش ضلعی هستند. آنها را می توان صفحات گرافیتی فرض کرد که لوله شده اند. نانولوله ها بر اساس محور چرخش صفحات می توانند رسانا یا نیمه رسانا باشند. به علت این که کربن با سه پیوند همچنان دارای یک اوربیتال خالی p است، حرکت موجی الکترون ها به راحتی در سطح بیرونی این لوله ها صورت می گیرد.

خواص ویژه و منحصر به فرد آن ازجمله مدول یانگ بالا و استحکام کششی خوب از یک طرف و طبیعت کربنی بودن نانولوله (به خاطر این که کربن ماده ای است کم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها که نسبت به فلزات برای فراوری ارزان تر است) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقیقات مهمی در کارایی و پرباری روش های رشد نانولوله ها باشیم. کارهای نظری و عملی زیادی نیز بر روی ساختار اتمی و ساختارهای الکترونی نانولوله کربنی متمرکز شده است. تلاش های گسترده ای نیز برای رسیدگی به خواص مکانیکی شامل مدول یانگ و استحکام کششی و ساز وکار عیوب و اثر تغییر شکل نانولوله ها بر خواص الکتریکی انجام شده است.

این مطالعه که توسط پروفسور برایان وردل راهنمایی می گردد در مجله Advanced Material Interfaces منتشر شده است.

namasho.com: نماشو، طراحی سایت، سئو، چاپ و طراحی گرافیکی را به ما بسپارید.