ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

نانوالیاف استحکام کامپوزیت‌ها را در موتور راکت افزایش می‌دهد

محققان دانشگاه رایس موفق به ارائه الیاف کـُـرکی از جنس کاربید سیلیکون شدند که می‌تواند مقاومت کامپوزیت‌های مورد استفاده در موتور راکت را افزایش دهد. برای ساخت الیاف از نانولوله‌های کربنی استفاده شده است.

محققان معتقداند که از یک نوع الیاف کامپوزیتی می‌توان برای ساخت نسل جدیدی از موتورهای راکت استفاده کرد. این نانوالیاف که نانوالیاف کُرکی شهرت دارد، از جنس کاربید سیلیکون بوده و همانند نوارچسب مورد استفاده قرار می‌گیرد. با اعمال این الیاف کرکی، قدرت تحمل دما تا 1600 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد. در حال حاضر برای تقویت کامپوزیت‌های سرامیکی از الیاف کاربید سیلیکون استفاده می‌شود که منجر به افزایش مقاومت می‌شود، اما این کامپوزیت‌ها در معرض اکسیژن دچار ترک شده و شکننده می‌شوند.
پولیکل آجایان از محققان دانشگاه رایس، نانولوله‌ها و نانوسیم‌های کاربید سیلیکون را در سطح الیاف ناسا مورد استفاده قرار داده است. بخش بیرونی این الیاف به صورت مجعد بوده و ساختاری شبیه به نوارچسب ایجاد می‌کنند، اما فرورفتگی و برآمدگی‌های آن در مقیاس‌نانو است.
محققان این پروژه معتقداند که وجود این ساختار نانومقیاس موجب شده تا ترک در آن ایجاد نشده و از طرفی اکسیژن وارد ساختار نشود که این موضوع از تغیر ساختار شیمیایی الیاف جلوگیری میکند.
این گروه تحقیقاتی برای ایجاد مورفولوژی نانومقیاس، ابتدا الیاف کاربید سیلیکونی را در حضور کاتالیست آهن شستشو می‌دهند و سپس با کمک فرآیند ترکیب شیمیایی از فاز بخار، نانولوله‌های کربنی را به صورت مستقیم روی این سطح قرار می‌دهند. این ساختار همانند الگویی برای محصول نهایی عمل می‌کند. این الیاف در نانوپودر سیلیکونی در دمای بالا حرارت داده می‌شود که این کار موجب تبدیل نانولوله‌کربنی به کاربید سیلیکونی کرکی می‌شود.
این گروه امیدوارند که استفاده از این الیاف کرکی موجب سبک‌تر، مستحکم‌تر و مقاوم‌تر شدن کامپوزیت‌های سرامیکی در برابر گرما شوند. آزمایش‌های انجام شده روی این الیاف که در ساخت موتور راکت مورد استفاده قرار گرفته رضایت‌بخش بوده است، به طوری که دمای 1600 درجه را نیز تحمل می‌کند.
پیش از این آلیاژهای نیکل برای ساخت بخش‌هایی از موتور راکت‌ها استفاده می‌شد که افزایش وزن را در پی داشت.
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Applied Materials and Interfaces منتشر شده است.