Vật liệu tổng hợp ma trận nhựa được gia cố bằng sợi carbon thể hiện độ bền và độ cứng riêng tốt hơn kim loại, nhưng dễ bị hỏng do mỏi. Giá trị thị trường của vật liệu tổng hợp ma trận nhựa được gia cố bằng sợi carbon có thể đạt 31 tỷ USD vào năm 2024, nhưng chi phí cho hệ thống giám sát sức khỏe cấu trúc để phát hiện hư hỏng do mỏi có thể lên tới 5,5 tỷ USD.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đang khám phá các chất phụ gia nano và polyme tự phục hồi để ngăn chặn các vết nứt lan truyền trong vật liệu. Vào tháng 12 năm 2021, các nhà nghiên cứu tại Viện Bách khoa Rensselaer của Đại học Washington và Đại học Công nghệ Hóa học Bắc Kinh đã đề xuất một loại vật liệu tổng hợp có ma trận polymer giống như thủy tinh có thể đảo ngược hư hỏng do mỏi. Nền của hỗn hợp bao gồm nhựa epoxy thông thường và nhựa epoxy đặc biệt gọi là vitrimer. So với nhựa epoxy thông thường, điểm khác biệt chính giữa chất thủy tinh hóa là khi đun nóng trên nhiệt độ tới hạn sẽ xảy ra phản ứng liên kết ngang thuận nghịch và nó có khả năng tự sửa chữa.
Ngay cả sau 100.000 chu kỳ hư hỏng, độ mỏi trong vật liệu tổng hợp có thể được khắc phục bằng cách nung nóng định kỳ đến thời điểm chỉ trên 80°C. Ngoài ra, việc khai thác tính chất của vật liệu cacbon để nóng lên khi tiếp xúc với trường điện từ RF có thể thay thế việc sử dụng các máy sưởi thông thường để sửa chữa có chọn lọc các linh kiện. Cách tiếp cận này giải quyết bản chất "không thể đảo ngược" của hư hỏng do mỏi và có thể đảo ngược hoặc trì hoãn hư hỏng do mỏi tổng hợp gây ra gần như vô thời hạn, kéo dài tuổi thọ của vật liệu kết cấu và giảm chi phí bảo trì và vận hành.
SỢI CARBON/SILICON CÓ THỂ CHỊU ĐƯỢC NHIỆT ĐỘ SIÊU CAO 3500°C
Nghiên cứu khái niệm "Thăm dò giữa các vì sao" của NASA, do Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins dẫn đầu, sẽ là sứ mệnh đầu tiên khám phá không gian ngoài hệ mặt trời của chúng ta, đòi hỏi phải di chuyển với tốc độ nhanh hơn bất kỳ tàu vũ trụ nào khác. Xa. Để có thể đạt được khoảng cách rất xa với tốc độ rất cao, các tàu thăm dò giữa các vì sao có thể cần phải thực hiện một "điều khiển Obers", khiến tàu thăm dò đến gần mặt trời và sử dụng lực hấp dẫn của mặt trời để phóng tàu thăm dò vào không gian sâu.
Để đạt được mục tiêu này, cần phải phát triển một loại vật liệu nhẹ, nhiệt độ cực cao cho tấm chắn năng lượng mặt trời của máy dò. Vào tháng 7 năm 2021, nhà phát triển vật liệu nhiệt độ cao Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. của Mỹ và Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins đã hợp tác để phát triển một loại sợi gốm nhẹ, nhiệt độ cực cao có thể chịu được nhiệt độ cao 3500°C. Các nhà nghiên cứu đã chuyển đổi lớp ngoài của mỗi sợi sợi carbon thành cacbua kim loại như cacbua silic (SiC/C) thông qua quy trình chuyển đổi trực tiếp.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các mẫu bằng cách sử dụng thử nghiệm ngọn lửa và gia nhiệt chân không, và những vật liệu này cho thấy tiềm năng của vật liệu nhẹ, áp suất hơi thấp, mở rộng giới hạn trên hiện tại là 2000°C đối với vật liệu sợi carbon và duy trì nhiệt độ nhất định ở 3500°C. Độ bền cơ học, dự kiến nó sẽ được sử dụng trong tấm chắn năng lượng mặt trời của tàu thăm dò trong tương lai.
Thời gian đăng: 18-07-2022