بیگ بنگ: لایه‌ای از نانولولههای کربن به ضخامت یک ورق کاغذ توسط گروهی از محققان در آمریکا ساخته شده است که می‌تواند مواد ترکیبی به کار رفته در بال‌ها و بدنه‌ی هواپیما را بدون نیاز به کوره‌های بزرگ صنعتی پخته و محکم کند.
به گزارش بیگ بنگ به نقل از انجمن فیزیک ایران، این لایه را می‌توان به صورت لوله شده درون قطعات صنعتی قرار داد تا به واسطه‌ی رسانایی، گرمایی یکنواخت، قابل کنترل و موثر را به آن انتقال دهد. وقتی لایه به منبع نیروی الکتریکی وصل شود، گرمای آن پلیمر را تحریک به سفت شدن می‌کند. به گفته‌ی محققان، این تکنیک قاعدتاً باید بتواند به طور سر راست‌تر و با صرف انرژی کمتر روشی برای ساخت هر ترکیب صنعتی فراهم کند.
قطعات بزرگ صنعتی نظیر بال‌های هواپیما اغلب از مواد ترکیبی ساخته می‌شوند که شامل چندین لایه‌اند و باید به هم متصل شوند. طریقه‌ی وصل قطعات نوعاً شامل پختن آنها در دماهای بالا در کوره‌های گران قیمت و غیرقابل حملی است که به اتوکلاو مشهورند. حرارت دادن قطعات چند متری تا دمای چند صد درجه در اتوکلاو- دستگاه صنعتی بزرگی که از فشار و دمای بالا برای پردازش مواد استفاده می‌کند- فرآیندی است با بازده انرژی کم زیرا خود کوره‌ها قبل از انتقال حرارت به قطعات از طریق همرفت باید گرم شوند و به این ترتیب مقادیر عظیمی از انرژی را تلف می‌کنند.
فراتر از کوره
سیت کسلر رئیس شرکت طراحی متیس در بوستون، یک شرکت وابسته به مرکز فناوری ماساچوست (MIT)، توضیح می‌دهد که انگیزه‌ی استفاده از نانولولههای کربنی (CNTها) به عنوان میکرو گرمکن‌های رسانا بر مبنای مطالعات پیشین بوده است. این گروه با همراهی محققان دانشکده‌ی هوانوردی و کیهان‌نوردی در MIT، میکرو گرمکن‌هایی با پایه‌ی CNT ساخته است که می‌توان آنها را به طور موثری در هر سطح دلخواه لوله کرد تا گرمایش مستقیم به وجود آورد. کسلر می‌گوید «ما از گرمایش پایدار بر مبنای نانولولههای کربنی برای کاربردهای ضدیخ استفاده کرده و سپس به دنبال امکان استفاده از همین اصل برای پختن بوده‌ایم.
با روش «خارج-از- کوره‌ی» این گروه استفاده از اتوکلاوها به کلی کنار گذاشته می‌شود لذا اجازه می‌دهد مواد ترکیبی را بدون توجه به اندازه یا شکلشان و فارغ از دسترسی داشتن به یک اتوکلاو نزدیک، به طور موثری حرارت داد. میکرو گرمکن‌های مشابهی به طور تجاری موجود هستند اما پژوهشگران هشدار می‌دهند که «این کار به سادگی خریدن ماده و فشردن آن بر روی سطح دلخواه نیست». بلکه برای هر پروژه‌ی پختن، مهندسی دقیقی لازم است تا مقاومت و مسیرهای عبور جریان مناسب را تعیین کرد.
یک میان‌ماده‌ی نازک
محققان به سرپرستی برایان واردل Brian Wardle، ابتدا شبکه‌ای(mesh) از CNT های به صف شده را ایجاد کردند که در آن هر نانولوله حدوداً ۴۰۰ میکرون طول داشت. به صف کردن نانولوله‌ها پایداری الکتریکی بهتر را تضمین می‌کرد. این کار ضروری بود زیرا جریان باید از درون شبکه می‌گذشت تا در اثر مقاومت گرما ایجاد کند. آنگاه تیم تحقیقاتی یک شبکه مسی به آن اضافه کرد تا رابط‌های الکتریکی به وجود بیاید و همینطور لایه‌ای سطحی و ترکیبی افزود تا از عایق بندی الکتریکی اطمینان حاصل کند. واردل و گروهش نمونه‌ای از این لایه با اندازه‌ای در حدود تمبر پستی را روی یک ترکیب تجاری ورقه شده که در صنعت هوا فضا به کار می‌رفت امتحان کردند. آنها یک منبع تغذیه v30 را مستقیماً به دو الکترود میکرو گرمکن وصل کرده و ولتاژ ورودی را طوری تنظیم کردند که با تغییر دمای لایه، منجر به پخت کامل شود.
«ما متوجه تفاوتی در حدود ۱۰۰۰ برابر در انرژی مصرف شده برای پختن شدیم که منجر به کاهش هزینه‌ی ۵۰% در تولید نهایی قطعه می‌شود»، این را کسلر می‌گوید. با وجود اینکه گروه تنها بخش کوچکی از شبکه را امتحان کرده است اما به عقیده‌ی پژوهشگران، بزرگ کردن اندازه‌ی شبکه برای پوشش کل بال هواپیما دشوار نخواهد بود. کسلر عنوان می‌کند که «هرچه قطعه بزرگتر باشد، جریان امکان بیشتری دارد تا به حالت یکنواخت برسد. تا زمانی که شار جریان هوشمندانه طراحی شده شود، اندازه‌ی قطعه تاثیری نخواهد داشت».
علاوه بر این، چگالی سطحی فوق العاده کم این لایه (۵-۱۰ gr/m2) بدان معناست که می‌توان آنها را بعد از اتمام حرارت به سادگی روی ماده باقی گذاشت بدون اینکه نگران وزن اضافی باشیم. کسلر به physicsworld.com گفت که با باقی گذاشتن لایه در محل، می‌توان از قابلیت‌های چندگانه دیگری مانند آشکار سازی آسیب دیدگی بر اساس تغییرات مقاومتی استفاده کرد.
از آنجایی که ترکیب‌های مختلف برای ذوب شدن به دماهای مختلف نیاز دارند، پژوهشگران همچنین اینکه لایه‌ی CNT در عمل تا چه حد بدون آسیب دیدگی می‌تواند گرم شود را بررسی کردند. گروه متوجه شد که نقطه‌ی تخریب این لایه در بیش از ۵۳۷ درجه سانتی گراد است. به عنوان مقایسه باید گفت که بالاترین دمای لازم برای سخت شدن برخی از پلیمرهای هواپیما تا ۳۹۹ درجه سانتی گراد است. واردل می‌گوید «ما تا آن دماها می‌توانیم فعالیت کنیم یعنی ترکیبی وجود ندارد که قادر به پردازش آن نباشیم. این موضوع حقیقتاً همه‌ی مواد پلیمری را مشمول این فناوری می‌کند». محققان هم اکنون با همکاری صنعت درصددند تا راه‌هایی را برای گسترش فناوری مذکور به منظور تولید ترکیب‌های به حد کافی بزرگ برای ساخت بال‌ها و بدنه‌ی هواپیما بیابند. این پژوهش در Applied Materials Interfaces شرح داده شده است.
سایت علمی بیگ بنگ/ منبع: physicsworld
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=30354
(۶ نفر , میانگین : ۵,۰۰ از ۵)
با سلام و خسته نباشید دیگه تصویر نجومی روز نمیگذارید؟