نانولوله های مارپیچ کربنی که ساخت بدنه هواپیما را دگرگون می کند

به گزارش تین نیوز به نقل از ستاد نانو، تیمی از پژوهشگران دانشگاه ایالتی ویچیتا (WSU) به سرپرستی دکتر داود عسگری، دانشیار مهندسی مکانیک در کالج مهندسی WSU و مدیر آزمایشگاه نانوکامپوزیت های چندمنظوره، نسل جدیدی از نانوکامپوزیت ها را برای کاربردهای پیشرفته صنعتی توسعه دادند. این محصول نوعی نانوکامپوزیت نوآورانه شده است که می تواند نقطه عطفی در طراحی مواد سبک وزن با استحکام و دوام بالا برای صنایع هوافضا، خودروسازی، دریایی، انرژی بادی، نفت و گاز، تجهیزات پزشکی و سایر حوزه های پرتراکم فناوری باشد.

این فناوری بر پایه استفاده از نانولوله های مارپیچ کربنی (HCNTs) بنا شده است. این ساختارهای منحصربه فرد در کنار فرآیندهای شیمیایی نوین، توانسته اند استحکام میان لایه ای (interlaminar bonding) و عملکرد مکانیکی کامپوزیت ها را به طرز چشمگیری افزایش دهند.

عسگری یکی از چالش های رایج در کامپوزیت های سنتی را لایه لایه شدن (delamination) و ضعف در پیوند بین لایه ها دانست و گفت: اما ساختار مارپیچ نانولوله های ما، درون ماتریس رزینی و میان الیاف تقویت کننده، نوعی درهم تنیدگی مکانیکی ایجاد می کند که مقاومت ساختار را از درون تقویت می کند. نتیجه، قطعاتی مستحکم تر برای هواپیماها، خودروها و حتی تجهیزات محافظتی خواهد بود.

برخلاف نانولوله های مستقیم، نانولوله های مارپیچ به واسطه شکل فنری خود، در ماتریس های رزینی بهتر قفل می شوند. تیم WSU با استفاده از تیمارهای شیمیایی کنترل شده و فرآیندهای اختصاصی، موفق شده اند این نانولوله ها را به طور یکنواخت در رزین های اپوکسی پخش کنند و خواصی چون استحکام کششی، چقرمگی شکست، مدول، کرنش تا شکست و سختی را حتی با درصدهای بسیار کم وزنی بهبود دهند.

از آنجا که این فرآیندها با فناوری های رایج تولید کامپوزیت ها سازگارند، امکان به کارگیری این نوآوری در مقیاس صنعتی وجود دارد. به گفته عسگری، این فناوری نانویی، در عین سبک وزنی، عملکرد مکانیکی، الکتریکی و حرارتی مواد را بهبود می بخشد و در صنایع گوناگون قابل استفاده است.

در حال حاضر، این مواد در همکاری با شرکای صنعتی برای کاربرد در سازه های هوافضا و دیگر حوزه های عملکرد بالا در حال ارزیابی اند. این نوآوری تحت دو پتنت مرتبط با “عملیاتی سازی شیمیایی نانولوله های مارپیچ” و “ایجاد ساختارهای نانوکامپوزیتی قفل شونده” حفاظت شده است.

عسگری افزود:در نهایت، مسئله کلیدی، اعتمادپذیری مواد است. در طراحی فضاپیما، زیردریایی یا تجهیزات پزشکی، داشتن موادی که هم قوی تر و هم سبک تر باشند، نقش حیاتی در ایمنی، کارایی و صرفه جویی هزینه خواهد داشت.

دکتر عسگری مدرک دکتری خود را در رشته مهندسی مکانیک در مه ۲۰۰۹ از دانشگاه هاوایی در مانوا (University of Hawaii at Manoa – UHM) دریافت کرده است. وی پیش تر نیز کارشناسی ارشد خود را در ژوئن ۲۰۰۲ از دانشگاه مدیترانه شرقی (Eastern Mediterranean University – EMU) و کارشناسی را در ژوئن ۱۹۹۷ از دانشگاه صنعتی شریف اخذ کرده بود. پیش از آغاز تحصیلات تکمیلی، دکتر عسگری بین سال های ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۰ به عنوان مهندس طراحی مکانیک در مرکز تحقیقات ساخت پیشرفته (AMRC) وابسته به دانشگاه صنعتی شریف فعالیت داشت.