دوختن شکاف کامپوزیت‌ها با فناوری نانو

کامپوزیت‌های اپوکسی مواد فوق‌العاده سبکی هستند که
استفاده از آنها موجب کاهش قابل توجه وزن وسیله‌ی نقلیه و در نتیجه افزایش
میزان صرفه‌جویی در مصرف سوخت می‌گردد و به همین دلیل روزبه‌روز کاربرد
گسترده‌تری در صنایع خودروسازی، هواپیماسازی و دیگر وسایل نقلیه می‌یابند؛
اما عیب این مواد شکنندگی آنهاست که می‌تواند به یکپارچگی ساختاری آنها
آسیب رساند.

اخیراً پروفسور نیکهیل کوراتکار و همکارانش در مؤسسه‌ی پلی‌تکنیک رنسلر
نشان داده‌اند که افزودن نانولوله‌های کربنی عامل‌دارشده با گروه‌هایی
شیمیایی آمیدوآمین به این کامپوزیت‌ها، به شکل کاملاً غیر منتظره‌ای موجب
افزایش قابل توجه استحکام این مواد و کاهش شکنندگی و ترک خوردگی آنها
می‌شود که در کاربردهای ساختاری بسیار حائز اهمیت است.

آنها با انجام آزمایش‌های مختلف دریافتند که رشد ترک‌ها در کامپوزیت‌های
دارای نانولوله‌های کربنی عامل‌دارشده تا پنج برابر کمتر از کامپوزیت‌های
دارای نانولوله‌های غیر عامل‌دار و تا ۲۰ برابر کمتر از کامپوزیت‌های بدون
نانولوله است.

این پدیده سابق بر این در برخی پلیمرهای ترموپلاستیکی وجود داشت؛ اما وجود
آن در کامپوزیت‌های اپوکسی امری کاملاً غیر منتظره به شمار می‌آید و تا قبل
از این مشاهده نشده بود. با ورود تنش بر این کامپوزیت‌های عامل‌دارشده،
تحرک‌پذیری مولکولی آنها در فصل مشترک اپوکسی (جایی که دو ماده به هم متصل
می‌شوند) افزایش می‌یابد که در نتیجه‌ی آن، شبکه‌ای از نانوالیاف ستونی به
طول ده میکرون و قطر صد تا هزار نانومتر ایجاد می‌شود. این نانورشته‌ها با
پل زدن روی شکاف‌ها، آنها را به هم دوخته، از گسترش ترک جلوگیری می‌کنند.
به باور محققان، این دستاورد جدید تحقیقاتی در نهایت به ساخت قالب‌های
کامپوزیتی محکم‌تر و بادوام‌تر برای استفاده در بدنه‌‌ی هواپیماها، کشتی‌ها
و خودروها منجر می‌شود.

این محققان در نظر دارند در آینده این رفتار پل‌زنی در کامپوزیت‌های اپوکسی
را بیشتر مورد مطالعه قرار دهند تا به این ترتیب درک بهتری هم نسبت به این
نکته داشته باشند که چرا عامل‌دار کردن نانولوله‌ها موجب ایجاد چنین رفتاری
می شود. گفتنی است جزئیات این تحقیق در نشریه‌ی Small به چاپ رسیده‌است.