تُظهر مركبات مصفوفة الراتنج المقواة بألياف الكربون قوة وصلابة أفضل من المعادن، ولكنها عرضة لفشل الكلال.يمكن أن تصل القيمة السوقية لمركبات مصفوفة الراتنج المعززة بألياف الكربون إلى 31 مليار دولار في عام 2024، لكن تكلفة نظام مراقبة الصحة الهيكلية للكشف عن أضرار التعب يمكن أن تصل إلى 5.5 مليار دولار.
ولمعالجة هذه المشكلة، يقوم الباحثون باستكشاف الإضافات النانوية والبوليمرات ذاتية الشفاء لمنع انتشار الشقوق في المواد.في ديسمبر 2021، اقترح الباحثون في معهد رينسيلار للفنون التطبيقية بجامعة واشنطن وجامعة بكين للتكنولوجيا الكيميائية مادة مركبة ذات مصفوفة بوليمر تشبه الزجاج يمكنها عكس أضرار التعب.تتكون مصفوفة المركب من راتنجات الايبوكسي التقليدية وراتنجات الايبوكسي الخاصة التي تسمى الزجاجيات.بالمقارنة مع راتنجات الايبوكسي العادية، فإن الفرق الرئيسي بين عامل التزجيج هو أنه عند تسخينه فوق درجة الحرارة الحرجة، يحدث تفاعل تشابك عكسي، ولديه القدرة على إصلاح نفسه.
حتى بعد 100000 دورة تلف، يمكن عكس التعب في المواد المركبة عن طريق التسخين الدوري إلى وقت أعلى بقليل من 80 درجة مئوية.بالإضافة إلى ذلك، فإن استغلال خصائص المواد الكربونية التي تسخن عند تعرضها للمجالات الكهرومغناطيسية للترددات الراديوية يمكن أن يحل محل استخدام السخانات التقليدية لإصلاح المكونات بشكل انتقائي.يعالج هذا النهج الطبيعة "غير القابلة للإصلاح" للضرر الناجم عن الكلال ويمكنه عكس أو تأخير الضرر الناتج عن الكلال المركب إلى أجل غير مسمى تقريبًا، مما يؤدي إلى إطالة عمر المواد الإنشائية وتقليل تكاليف الصيانة والتشغيل.
يمكن لألياف كربيد الكربون / السيليكون أن تتحمل درجة حرارة عالية تصل إلى 3500 درجة مئوية
ستكون دراسة مفهوم "المسبار بين النجوم" التابعة لوكالة ناسا، والتي يقودها مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز، أول مهمة لاستكشاف الفضاء خارج نظامنا الشمسي، مما يتطلب السفر بسرعات أكبر من أي مركبة فضائية أخرى.بعيد.لتتمكن من الوصول إلى مسافات طويلة جدًا بسرعات عالية جدًا، قد تحتاج المسابير بين النجوم إلى إجراء "مناورة أوبرس"، والتي من شأنها أن تؤرجح المسبار بالقرب من الشمس وتستخدم جاذبية الشمس لقذف المسبار إلى الفضاء السحيق.
ولتحقيق هذا الهدف، يجب تطوير مادة خفيفة الوزن وعالية الحرارة للغاية من أجل الدرع الشمسي للكاشف.في يوليو 2021، تعاونت شركة Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. الأمريكية المتخصصة في تطوير المواد ذات درجات الحرارة العالية مع مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز لتطوير ألياف خزفية خفيفة الوزن وعالية الحرارة للغاية يمكنها تحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 3500 درجة مئوية.قام الباحثون بتحويل الطبقة الخارجية لكل خيط من ألياف الكربون إلى كربيد معدني مثل كربيد السيليكون (SiC/C) من خلال عملية تحويل مباشرة.
واختبر الباحثون العينات باستخدام اختبار اللهب والتسخين الفراغي، وأظهرت هذه المواد إمكانات المواد خفيفة الوزن ومنخفضة ضغط البخار، مما يزيد من الحد الأعلى الحالي البالغ 2000 درجة مئوية لمواد ألياف الكربون، ويحافظ على درجة حرارة معينة عند 3500 درجة مئوية.القوة الميكانيكية، ومن المتوقع استخدامها في الدرع الشمسي للمسبار في المستقبل.
وقت النشر: 18 يوليو 2022