ساخت نانوکامپوزیت‌های خود تقویت شونده

مواد نانوکامپوزیت نشان دادند که قادرند تحت فشارهای بالا مستحکم شوند. محققان دانشگاه رایس ماده‌ای سنتز کرده‌اند که با اعمال فشار مستمر روی آن، قوی‌تر می‌شود. این ماده همانند استخوان‌ها و عضلات بدن انسان، با کار بیشتر تقویت می‌گردد.

پولیکل آجایان، استاد مهندسی مکانیک و مواد دانشگاه رایس، نشان داد که نانوکامپوزیت‌های پلیمری ساخته از نانولوله‌های کربنی پتانسیل محکم‌تر شدن را دارا هستند.

نکته کلیدی در این پروژه محل تماس میان نانوساختارها و پلیمر نانوکامپوزیت است. برنت کارلی، محقق تیم تحقیقاتی آجایان، پس از تهیه یک کامپوزیت با استفاده از وارد کردن نانولوله‌های کربنی چند جداره به درون پلیمر پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS)، به بررسی رفتار خستگی این کامپوزیت پرداخت. او با اعمال فشارهای متناوب روی نمونه نه تنها هیچگونه آسیبی روی پلیمر مشاهده نکرد بلکه فشار موجب مستحکم‌تر شدن آن نیز شده بود. ( PDMS پلیمری خنثی از خانواده لاستیک است)

این گروه، که کارشان توسط NASA حمایت شده است، از آنالیز مکانیک دینامیکی (DMA) برای تست نمونه خود استفاده کردند. نتایج این آنالیز نشان داد که پس از ۳٫۵ میلیون مرتبه فشار ( پنج بار در هر ثانیه) در طول یک هفته، استحکام این کامپوزیت ۱۲ درصد افزایش یافته است و به نظر می‌رسد می‌توان این استحکام را افزایش داد.

آنها می‌گویند یافتن دستگاهی برای انجام این پروژه کاری دشوار بوده است. دستگاه DMA عموما به گونه‌ای تنظیم شده است که هیچگونه تغییری را روی نمونه متصور نیست. این گروه در ابتدای کار با پیغام ” من به نمونه آسیب زدم” روبرو می‌شدند اما با انجام یک تغییر کوچک در نرم‌افزار و انداختن آن به‌درون یک لوپ لاینحل بر این مشکل فائق آمدند. محققان رشته مواد می‌دانند که برخی فلزات در اثر فشار به دلیل تجمع نقص ساختاری، محکم‌تر می‌شوند اما چنین رفتاری در پلیمرها دیده نشده بود. پژوهشگران این پروژه هنوز دقیق نمی‌دانند که چرا پلیمر تولید شده آنها چنین رفتاری از خود نشان می‌دهد. اطلاعات بدست آمده نشان می‌دهد برهمکنش اندکی در این کامپوزیت وجود دارد.

برای مهندسان، که عاشق داشتند چنین موادی هستند، این پروژه نشان می‌دهد که چگونه از نانومواد می‌توان به‌طور خلاقانه‌ای استفاده کرد.

یکی دیگر از یافته‌های آنها این است که یک فشار ساده تغییری روی این مواد ایجاد نمی‌کند بلکه باید فشار دینامیک و مستمر روی آن اعمال شود.

نتایج این تحقیق در نشریه ACS Nano به چاپ رسیده است.