คอมโพสิตเมทริกซ์เรซินเสริมคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงและความแข็งจำเพาะที่ดีกว่าโลหะ แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดความเสียหายจากความเมื่อยล้าได้ มูลค่าตลาดของคอมโพสิตเรซินเมทริกซ์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์อาจสูงถึง 31 พันล้านดอลลาร์ในปี 2567 แต่ค่าใช้จ่ายของระบบตรวจสอบสุขภาพเชิงโครงสร้างเพื่อตรวจจับความเสียหายจากความล้าอาจสูงกว่า 5.5 พันล้านดอลลาร์
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยกำลังสำรวจสารเติมแต่งระดับนาโนและโพลีเมอร์ที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้เพื่อหยุดการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวในวัสดุ ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2564 นักวิจัยจาก Rensselaer Polytechnic Institute แห่งมหาวิทยาลัยวอชิงตันและมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเคมีแห่งปักกิ่งได้เสนอวัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โพลีเมอร์คล้ายแก้วซึ่งสามารถบรรเทาความเสียหายจากความเมื่อยล้าได้ เมทริกซ์ของคอมโพสิตประกอบด้วยอีพอกซีเรซินทั่วไปและอีพอกซีเรซินพิเศษที่เรียกว่าไวไตรเมอร์ เมื่อเปรียบเทียบกับอีพอกซีเรซินทั่วไป ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสารทำให้เป็นกรดคือเมื่อได้รับความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤติ จะเกิดปฏิกิริยาเชื่อมโยงข้ามแบบพลิกกลับได้ และมีความสามารถในการซ่อมแซมตัวเอง
แม้จะผ่านรอบความเสียหายไปแล้ว 100,000 รอบ ความล้าในคอมโพสิตสามารถย้อนกลับได้โดยการให้ความร้อนเป็นระยะจนถึงเวลาที่สูงกว่า 80°C นอกจากนี้ การใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของวัสดุคาร์บอนเพื่อให้ความร้อนเพิ่มขึ้นเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า RF สามารถทดแทนการใช้เครื่องทำความร้อนแบบเดิมในการเลือกซ่อมแซมส่วนประกอบได้ แนวทางนี้กล่าวถึงธรรมชาติของความเสียหายจากความล้าที่ "ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้" และสามารถย้อนกลับหรือชะลอความเสียหายที่เกิดจากความล้าของคอมโพสิตได้เกือบไม่มีกำหนด ซึ่งช่วยยืดอายุของวัสดุโครงสร้างและลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและการดำเนินงาน
คาร์บอน / ซิลิคอน คาร์ไบด์ ไฟเบอร์ สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงเป็นพิเศษได้ 3500°C
การศึกษาแนวความคิด "Interstellar Probe" ของ NASA ซึ่งนำโดยห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ของมหาวิทยาลัย Johns Hopkins จะเป็นภารกิจแรกในการสำรวจอวกาศที่อยู่นอกเหนือระบบสุริยะของเรา ซึ่งต้องเดินทางด้วยความเร็วที่เร็วกว่ายานอวกาศอื่นๆ ไกล. เพื่อให้สามารถเข้าถึงระยะทางที่ไกลมากด้วยความเร็วสูงมาก ยานสำรวจระหว่างดวงดาวอาจจำเป็นต้องดำเนินการ "การซ้อมรบแบบโอเบอร์" ซึ่งจะแกว่งยานเข้าใกล้ดวงอาทิตย์และใช้แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์เพื่อส่งยานสำรวจไปในห้วงอวกาศ
เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จำเป็นต้องพัฒนาวัสดุน้ำหนักเบาและมีอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษสำหรับแผงบังแดดของเครื่องตรวจจับ ในเดือนกรกฎาคม 2021 บริษัท Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. ผู้พัฒนาวัสดุอุณหภูมิสูงของอเมริกาและห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ของมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ร่วมมือกันพัฒนาเส้นใยเซรามิกที่มีอุณหภูมิสูงพิเศษน้ำหนักเบาซึ่งสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 3,500°C ได้ นักวิจัยได้แปลงชั้นนอกของเส้นใยคาร์บอนแต่ละเส้นให้เป็นโลหะคาร์ไบด์ เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC/C) ผ่านกระบวนการแปลงโดยตรง
นักวิจัยได้ทดสอบตัวอย่างโดยใช้การทดสอบเปลวไฟและการทำความร้อนแบบสุญญากาศ และวัสดุเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของวัสดุน้ำหนักเบาและมีความดันไอต่ำ ซึ่งขยายขีดจำกัดบนในปัจจุบันที่ 2,000°C สำหรับวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ และรักษาอุณหภูมิที่แน่นอนไว้ที่ 3,500°C ความแข็งแรงทางกล คาดว่าจะนำไปใช้เป็นแผงบังแดดของโพรบได้ในอนาคต
เวลาโพสต์: Jul-18-2022