Ujawniono wielofunkcyjność nanokompozytów polimocznikowych

Ostatnie badanie opublikowane w czasopiśmie Inteligentne materiały w produkcji Koncentruje się na wytwarzaniu inteligentnych, wieloaspektowych i strukturalnie wytrzymałych nanokompozytów poprzez połączenie funkcjonalnych nanocząstek grafenu (F-GNP) i polimocznika.

​​​​​​

​​​​​​Stado: Inteligentne, wielofunkcyjne nanomateriały elastomerowe zawierające nanocząstki grafenu. Źródło zdjęcia: Saachka Pro / Shutterstock.com

Polimocznik to elastyczny materiał o niezwykłych właściwościach mechanicznych. Jednak czyste elastomery polimocznikowe są często utrudnione przez ich brak trwałości i wydajności.

Czym są materiały polimocznikowe?

Polimocznik jest jednym z najważniejszych strukturalnych materiałów amortyzujących uderzenia. Ich miękkie sekcje składają się głównie z długich sekwencji karbonylowych, oligomerycznych polioli i innych elastycznych sekcji o szerokim zakresie konformacji. Izocyjaniany i przedłużacze łańcucha są stosowane jako mechaniczne środki sieciujące i fazy wzmacniające w częściach stałych.

Polimocznik ma właściwości lepkosprężyste, na które duży wpływ ma ciśnienie, temperatura i szybkość odkształcania. Silne wiązania wodorowe i złożone struktury wewnętrzne przyczyniają się do ich niezwykłych cech obronnych.

Polimery polimocznikowe są ograniczone w pewnych sytuacjach z powodu braku praktyczności lub słabej skuteczności ochronnej. Technologia nanokompozytów może pomóc w rozwiązaniu tych problemów.

Funkcjonalne dodatki przewodzące: receptor polimerów

Funkcjonalne materiały na bazie polimerów zazwyczaj łączą polimery z pewnymi funkcjonalnymi dodatkami, aby wygenerować nowe lub znacznie ulepszone możliwości, takie jak przewodnictwo, rozpraszanie ciepła, właściwości barierowe i wykrywanie, zwłaszcza samoczujność, która jest wymagana w przypadku zaawansowanych materiałów opartych na informacjach.

Włókna optyczne są często używane w celu zapewnienia możliwości wykrywania materiałów polimerowych lub mieszanek betonowych. To z kolei powoduje błędy w pojazdach i wymaga użycia rozbudowanego sprzętu testującego. Oczekuje się, że samoczujne nanomateriały, które pojawiły się w ostatnich latach, przezwyciężą to ograniczenie.

Pod wpływem naprężeń zewnętrznych osnowa cząstek przewodzących odkształca się i rozpada, co umożliwia przesuwanie się sieci i zmianę oporu elektrycznego kompozytów (zdolność do wytrzymania wytrzymałości na rozciąganie).

Nanocząstki grafenu (GNP) jako dodatki funkcjonalne

Metale (np. płatki lub włókna), pianki przewodzące, MXeny i wypełniacze z węglem aktywnym, takie jak sadza, nanorurki i nanopłytki grafenowe (GNP) są dobrymi względami na dodatki przewodzące.

Pojazdy na bazie metalu mają tę wadę, że są cięższe ze względu na większe obciążenia. Wyższe obciążenia mogą prowadzić do zmniejszenia automatyzacji i wzrostu kosztów.

GNP zyskały popularność ze względu na ich doskonałe właściwości elektromechaniczne. Wydajne sieci przewodzące można budować przy niższych standardach filtracji elektrycznej ze względu na ich duże współczynniki kształtu. Jednak jednorodny rozkład PNB w materiałach polimerowych pozostaje poważnym wyzwaniem.

Schematy (a) przygotowania nanokompozytu polimocznik/F-GNP oraz (b) wielokanałowy system wykrywania. © Ming, Q. i in. (2022)

Najważniejsze informacje z bieżącego wyszukiwania

Podczas gdy większość wcześniejszych badań nad polimocznikiem koncentrowała się wyłącznie na właściwościach mechanicznych i możliwościach, obecne prace skupiają się na wielorakich funkcjach nanomateriałów polimocznikowych.

Funkcjonalne nanopłytki grafenowe (F-GNP) zostały wykorzystane jako wzmocnienia włókien w tym badaniu, aby stworzyć wieloaspektowe materiały kompozytowe i czujniki wewnętrzne o ulepszonej wydajności mechanicznej.

Naukowcy przyjrzeli się wpływowi F-GNP na właściwości mechaniczne i udarność elastomerów polimocznikowych, aby sprawdzić, czy nanokompozyty mogą być szeroko stosowane jako materiały ochronne.

Główne wyniki badania

Nanokompozyty polimocznikowe, jako nowy rodzaj wielofunkcyjnych nanomateriałów, oferują nie tylko ciągłe i bezpieczne właściwości wykrywania naprężeń i pomiaru temperatury, ale mogą również dokładnie monitorować i określać ilościowo postęp ich degradacji, o czym świadczą wyniki eksperymentów z niską prędkością i pękaniem.

Przewodność elektryczna wszystkich wytworzonych nanokompozytów wzrastała wraz ze wzrostem stężenia nanomateriałów, a granicę elektrofiltracji ustalono na 1,05 objętościowo. Nanokompozyt wykazał niezwykłą czułość w obszarze stresu 0-5%.

Wyniki pokazują, że rezystancja modułowa nanokompozytu zmienia się wraz z temperaturą, a jego czułość zmienia się w niskich i wysokich zakresach temperatur. Nanokompozyty wykazały dobrą niezawodność i stabilność podczas cyklicznych pomiarów naprężeń do 9100 cykli i wykazały stałą zdolność wykrywania w zakresie od 20 °C do 80 °C.

Perspektywy i perspektywy na przyszłość

Niniejsze badanie opisuje prostą i wydajną metodę wytwarzania wysoce wydajnych i wieloaspektowych nanokompozytów polimocznikowych. Funkcje te osiąga się poprzez modyfikację, degradację i przywrócenie systemu przewodnictwa w nanomateriałach.

Zdolność samodetekcji funkcjonalnych związków polimocznikowych do wykrywania uszkodzeń spowodowanych wybuchem i rozwoju pęknięć oraz prawidłowej identyfikacji ich jako nowej klasy inteligentnych materiałów może otworzyć drzwi do wielu nowych zastosowań przemysłowych.

odniesienie

Meng, K.; i in. (2022). Inteligentne wielofunkcyjne nanomateriały elastomerowe zawierające nanocząsteczki grafenu. Inteligentne materiały w produkcji. Dostępne o: https://naukowcy ujawniają wiele funkcji nanokompozytów polimocznikowych

Zastrzeżenie: Wyrażone tutaj opinie są opiniami autora, które zostały wyrażone we własnym imieniu i niekoniecznie reprezentują opinie AZOM.com Limited T/A AZONetwork jest właścicielem i operatorem tej witryny. Niniejsze wyłączenie odpowiedzialności stanowi część warunków korzystania z tej witryny.