Ученые создали композит, способный самовосстанавливаться 1000 раз и служить 500 лет

Волокнисто-армированный композит играет ключевую роль в современных самолетах, ветряных турбинах, автомобилях и космических аппаратах, поскольку сочетают в себе низкий вес и высокую прочность. Однако у него есть недостаток - деламинация, при которой трещины распространяются между внутренними слоями, что приводит к отслоению, пишет Daily Galaxy.

Недавно команда ученых из Университета штата Северная Каролина заявила, что смогла частично устранить эту проблему. В своем исследовании они заявили, что их композит выдержал 1 000 циклов искусственной деламинации и самовосстановления.

Эксперимент ученых длился около 40 дней, в ходе которого в одном и том же образце неоднократно создавали деламинацию, запускали систему внутреннего нагрева, а затем после ремонта снова подвергали материал нагрузке.

Ученые попытались выяснить, как долго один и тот же механизм восстановления сможет продолжать работать при многократных повреждениях. По их словам, удалось добиться отличных результатов.

В издании отметили, что в основе конструкции лежит термопластичный полимер, называемый сополимер этилена и метакриловой кислоты (EMAA). Он наносится с помощью 3D-печати непосредственно на волокнисто-армированный композит перед сборкой, создавая узорчатый прослойку между соседними листами.

В издании добавили, что полимер способствует повышению вязкости материала ещё до того, как возникнет необходимость в ремонте. Ученые обнаружили, что модифицированный материал может быть примерно в два–четыре раза более устойчив к расслоению, чем сопоставимые традиционные композиты.

Вторую часть составляют тонкие слои нагревателей с высоким электрическим сопротивлением. Ученые объяснили, что когда через них проходит ток, температура повышается настолько, что EMAA размягчается или плавится. Затем полимер проникает в трещины и микротрещины в поврежденной зоне соприкосновения и затвердевает по мере охлаждения конструкции, восстанавливая связь между отделившимися слоями.

Исследовательская группа продемонстрировала 100 циклов самовосстановления еще в 2022 году, а теперь ей удалось добиться 1000 циклов. Для этого потребовался автоматизированный испытательный стенд, способный многократно повторять последовательность повреждения и восстановления без ручного вмешательства после каждого цикла.

В каждом цикле растягивающая нагрузка вызывала отслоение длиной примерно 50 миллиметров. Затем активировались нагревательные слои, что позволяло EMAA восстановить границу раздела перед повторным нагружением образца. Эта последовательность продолжалась до тех пор, пока материал не прошел 1 000 циклов.

Ученые отметили, что после восстановления механические характеристики композита не оставались неизменными. Устойчивость к отслоению постепенно снижалась по мере увеличения количества циклов, но эта потеря происходила относительно медленно.

"Поскольку наш композит изначально обладает значительно большей вязкостью, чем традиционные композиты, этот самовосстанавливающийся материал лучше противостоит растрескиванию, чем имеющиеся на рынке ламинированные композиты, по крайней мере в течение 500 циклов. И хотя его межслойная вязкость действительно снижается после многократного самовосстановления, этот процесс протекает очень медленно", - рассказал ведущий автор исследования Джек Туричек, аспирант Университета штата Северная Каролина.

Срок службы материала может достигать 500 лет

Согласно модели, деталь, требующая одного цикла самовосстановления каждые три месяца, теоретически могла бы оставаться пригодной к эксплуатации в течение примерно 125 лет. Однако, по словам ученых, если восстановление происходило бы только один раз в год, прогнозируемый срок службы увеличивался примерно до 500 лет.

В издании подчеркнули, что ни одна из этих цифр не отражает подтвержденного срока службы. В эксперименте использовались лабораторные образцы, подвергавшиеся контролируемому отслоению, тогда как действующий самолет или лопатка турбины подвергались бы более сложным комбинациям нагрузки, воздействия окружающей среды, вибрации и ударных повреждений.

Читайте также: Взрыв ракеты New Glenn Безоса оказался мощнее, чем авария на Чернобыльской АЭС, - ученые Песок на пляжах не всегда образуется из камней: ученые назвали другой источник Под пустыней нашли гигантские залежи урана: страна может резко усилить позиции

Прежде чем этот материал можно будет рассматривать для использования в коммерческих конструкциях, потребуются дополнительные исследования. Актуальными будут длительные испытания на износ, воздействие влаги, температурные циклы и реалистичные сценарии ударов, такие как град или столкновения с птицами. Применение в аэрокосмической отрасли также должно будет пройти сертификацию, требования которой выходят далеко за рамки лабораторных испытаний.

Вулканическая лава может стать строительным материалом

Ранее возле рыбацкого городка в Исландии после ряда вулканических извержений двое архитекторов предложили превращать расплавленную породу в строительный материал. Соучредительница и владелица компании s.ap arkitektar из Рейкьявика Арнхильдур Палмадоттир рассказала, что она и ее сын Арнар Скарфеоинссон придумали эту идею в 2018 году, после извержения вулкана Холухраун в 2014-2015 годах - крупнейшего извержения в Исландии за последние более чем 300 лет.

Их предложение по использованию лавы заключается в том, как разрушительную силу лавы можно применить для трансформации мировой строительной отрасли, которая в основном зависит от бетона, стали и других материалов с высоким уровнем воздействия на окружающую среду.

Вас также могут заинтересовать новости:На краю Солнечной системы обнаружили 27 небольших объектов, которые удивили астрономовНовый эксперимент с пучком частиц может бросить вызов теории гравитации ЭйнштейнаУчёные погрузили солнечные панели под воду: как это может изменить работу подводных роботов

ДЖЕРЕЛО : UNIAN