ABŞ Energetika Departamentinin (DOE) Oak Ridge Milli Laboratoriyasının (ORNL) tədqiqatçıları karbon lifi və digər liflə gücləndirilmiş polimer kompozitlərdə bağlanmanı artırmaq üçün karbon nanoliflərindən istifadə edərək innovativ yeni texnika işləyib hazırlayıblar – bu, avtomobillər, təyyarələr və yüngül və möhkəm materiallar tələb edən digər tətbiqlər üçün struktur materialları təkmilləşdirəcək.

Advanced Functional Materials jurnalında dərc edilən nəticələr , ABŞ istehsalçılarına enerji və milli təhlükəsizlik kimi tətbiqlərdə karbon lifindən istifadə etmək üçün yeni imkanlar açaraq, daha güclü və daha sərfəli məhsulların istehsalına dair vədlər verir.

Layihəyə rəhbərlik edən ORNL tədqiqatçısı Sumit Qupta, “Karbon lifləri və onları əhatə edən polimer matrisi arasında yapışmanı yaxşılaşdırmaq problemi bir müddətdir sənayedə narahatlıq doğurur və bir çox araşdırma müxtəlif yanaşmalara yönəldilmişdir” dedi. “Bizim tapdığımız şey kimyəvi və mexaniki birləşmə yaratmaq üçün karbon nanoliflərindən istifadə edən hibrid texnikanın əla nəticələr verdiyidir.”

Karbon lifi, betona bərkidilmiş armatur kimi, saf karbon liflərinin bir polimer matrisinə daxil edildiyi və nəticədə əldə edilən materialı poladdan daha güclü və daha yüngül edən bir kompozit növüdür. Çətinlik ondan ibarətdir ki, matris polimeri karbon lifinə kifayət qədər möhkəm yapışmır və kompozit materialın məhsuldarlığını azaldır. Lif-matris interfasial əlaqəni yaxşılaşdırmaq üçün sənaye liflərin xarici hissəsini tekstura etməyə və ya prosesə kimyəvi maddələr vurmağa çalışdı – məhdud müvəffəqiyyətlə.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1750224648&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-nanofibers-yield-stronger-tougher-carbon.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMDQiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTA0Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTA0Il0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1750224646992&bpp=1&bdt=214&idt=86&shv=r20250616&mjsv=m202506110101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750224645%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750224645%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750224645%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C336x280%2C1905x945&nras=2&correlator=2101231468683&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1891&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31092113%2C31092959%2C95353387%2C95362656%2C95363183%2C42533294%2C95344791%2C95362801%2C95359266%2C95362807%2C95363071%2C31091638&oid=2&pvsid=4418035325826233&tmod=2074743607&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage3.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=1612

ORNL yanaşması həm mexaniki, həm də kimyəvi birləşməni birləşdirir ki, diqqətlə hazırlanmış nanoliflərdən istifadə etməklə dartılma gücündə 50% yaxşılaşma və möhkəmlikdə, əsasən materialın dayanıqlığında təxminən iki dəfə artım əldə edilir.

“Biz bu prosesi 2023-cü ildə inkişaf etdirdik, lakin son vaxtlar diqqəti onu optimallaşdırmağa və bu təkmilləşdirmələri təmin edən fiziki prosesləri tam başa düşməyə yönəltmişik” dedi ORNL tədqiqatçısı Chris Bowland. “Biz aşkar etdik ki, bir çox dəyişənlərə diqqətlə nəzarət etməklə, karbon lifli kompozitlərin və potensial olaraq digər kompozit növlərinin performansını əhəmiyyətli dərəcədə artıran nanoliflər yarada bilərik.”

Təkmilləşdirmələrin açarı, bir hörümçəyin qarnından ipək çıxarması kimi, karbon lifinin prekursoru olan poliakrilonitrilin liflərə ekstruziya edildiyi elektrospinning kimi tanınan innovativ texnikadır. Poliakrilonitril, təxminən 200 nanometr genişlikdə və ya tipik insan saçının yüzdə bir enində iplər yaratmaq üçün güclü elektrik sahəsindən ekstrüde edilir. Tellər karbon lifli parça ilə örtülmüş fırlanan metal barabanın üzərinə düşür.

Elektrik sahəsinin gücünü, nağara sürətini və digər amilləri dəyişdirərək tədqiqatçılar matrisə kimyəvi cəhətdən bağlanan və digər karbon lifləri ilə mexaniki şəkildə bağlanan liflər yarada, mahiyyətcə iki fərqli material arasında “körpülər” yarada bilərlər. Tədqiqatçılar həmçinin elektrospinning şərtlərini dəyişdirərək kimyəvi birləşmə növlərini və liflərin oriyentasiyasını idarə edə bildilər.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Tədqiqat qrupu texnika üzrə patent üçün müraciət edib və artıq avtomobil, aerokosmik və enerji kimi tətbiqlərdə geniş şəkildə istifadə olunan kommersiya karbon lifli kompozitlərin rəqabət qabiliyyətini artırmaq ümidi ilə yanaşmanı lisenziyalaşdırmaq üçün sənaye tərəfdaşları axtarmağı planlaşdırır. Onlar karbon lifinin istifadəsi üçün mülki infrastruktur və ya müdafiə və təhlükəsizlik kimi yeni tətbiqlər açmaq üçün gücləndirici texnikanın potensialını görürlər.

Daha geniş karbon lifinin yerləşdirilməsi üçün əsas məhdudlaşdırıcı amil xərcdir. Lif yapışmasını yaxşılaşdırmaqla, istehsalçılar materialdan daha az istifadə edə və hətta kəsilmiş liflər kimi tanınan daha qısa karbon liflərindən istifadə edə bilərlər ki, bu da əks halda atılmış ola bilər.

Yeni texnikanın mümkün qədər təsirli və çevik olmasını təmin etmək üçün komanda ən fundamental səviyyələrdə oynayan qüvvələri dərindən anlamaq istədi. Onlar əvvəlcə ORNL-in Nanofaza Material Elmləri Mərkəzinə, DOE Elm İdarəsi istifadəçi obyektinə və onun geniş xarakteristikası və təsvir alətlərinə müraciət etdilər.

Bu alətlər tədqiqatçılara mikronaltı səviyyədə baş verənləri görməyə imkan verdi. Onlar həmçinin liflərin və matrisin qarşılıqlı təsirini başa düşmək üçün rentgen şüalarının səpilməsi və nüvə maqnit rezonansı (NMR) görüntüləmə kimi üsullardan da istifadə ediblər .

Nəhayət, onlar liflərin necə əmələ gəldiyini və matrislə qarşılıqlı əlaqəsini tam modelləşdirmək və simulyasiya etmək üçün DOE Office of Science istifadəçi obyekti olan Oak Ridge Liderlik Hesablama Mexanizmində Frontier superkompüterinə daxil oldular.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=3984658916&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1750224667&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-nanofibers-yield-stronger-tougher-carbon.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMDQiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTA0Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTA0Il0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1750224646993&bpp=1&bdt=216&idt=141&shv=r20250616&mjsv=m202506110101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750224645%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750224645%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750224645%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C336x280%2C1905x945%2C750x280%2C336x280&nras=2&correlator=2101231468683&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=4352&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=574&eid=31092113%2C31092959%2C95353387%2C95362656%2C95363183%2C42533294%2C95344791%2C95362801%2C95359266%2C95362807%2C95363071%2C31091638&oid=2&psts=AOrYGsnjrN75xAQ5IUTnpR4wlXJ9e-qdcAvPkrnIvK4xwXHbVktB6sA8Doz4z9WZy6Fq-Dz1dTNbJW2HdMptzfmzEH-imV_B&pvsid=4418035325826233&tmod=2074743607&uas=1&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage3.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=20485

“Xarakteristika və hesablama elmi həqiqətən ORNL kimi bir yerin resurslarını tələb edirdi” dedi Gupta. “Laboratoriya daxilində təcrübə və imkanlara daxil olmaqla, biz bu texnikanı daha dərindən başa düşdük, onu təkmilləşdirmək və sənayenin çoxsaylı tətbiqlərdə istifadəsi üçün daha çevik etmək imkanı əldə etdik.”

Tədqiqat qrupu digər liflə gücləndirilmiş kompozitlər üçün potensial tətbiqləri araşdırarkən daha böyük nəzarət və daha yaxşı nəticələr təmin etmək üçün elektrospinning texnikasını təkmilləşdirməyə davam etməyi planlaşdırır. Davam edən tədqiqatlar yarımkeçirici və ya piezoelektrik materialların yerləşdirilmiş hissəcikləri vasitəsilə öz sağlamlıqlarına nəzarət edə bilən, özünü hiss edən kompozitlərin yaradılması üzrə əvvəlki tədqiqatlarla yeni texnikanın inteqrasiyasını axtarır.

Daha çox məlumat: Sumit Gupta və başqaları, Yüksək Performanslı Kompozitlər üçün Fiziki-kimyəvi Sıralı İnterfazaların Dizaynı, Təkmil Funksional Materiallar (2025). DOI: 10.1002/adfm.202502972

Jurnal məlumatı: Təkmil Funksional Materiallar 

Oak Ridge Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir