| تاریخ ارسال: 1398/11/23 |
امکان ساخت ارزان و آسان بالهای هواپیما با استفاده از نانولوله ها
از نانولوله های کربنی در اتصال آسان و ارزان قیمت مواد کامپوزیتی صنعت هوا فضا که در ساخت هواپیما به کار می رود استفاده شده است. این تکنیک که توسط محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) تهیه شده است، نیاز به مخازن گران و پرانرژی با فشار زیاد معمول را کنار می گذارد و میتواند تولید هواپیماها و سازه های کامپوزیتی با کارایی بالا مانند تیغه های توربین بادی را تسریع بخشد. هواپیماهای مدرن از کامپوزیت های ورقه ای شکل ساخته شده اند که به هم در دماهای بالا در مخازن تحت فشار غول پیکر به نام اتوکلاو متصل میشوند. در این روش حذف بسته های کوچک هوا که بین ورق ها تشکیل می شوند ضروری است که مرهون زبری سطح میکروسکوپی آنها می باشد، مانند فشردن حباب های هوا که در زیر یک فیلم پلاستیکی ایجاد می شود.
برایان واردل پژوهشگر هوانوردی MIT توضیح میدهد: " اگر در حال ساخت ساختار اولیه مانند بدنه یا بال هستید، باید یک مخزن فشار یا اتوکلاو به اندازه ی یک ساختمان دو یا سه طبقه بسازید که خود به زمان و پول برای فشار آوردن نیاز دارد." واردل و همکارانش به ساختارهای نانومتخلخل، لایه های خیلی باریک ساخته شده از مواد داخلی جهت دار مانند نانولوله های کربن، برای اتصال کامپوزیت ها به یکدیگر روی آورده اند. فاصله بین هر نانولوله در چنین لایه های متراکمی می تواند به عنوان مویینگی عمل کند و بر اساس هندسه و انرژی سطح آنها فشار ایجاد کند. این تیم پیش بینی کرده اند که با ساندویچ کردن چنین لایه ای بین دو ورقه از مواد دیگر و گرم کردن آن، میتوان50% فشار مویینگی بیشتر در مقایسه با حالتی که در اتوکلاو وجود دارد به مواد اطراف اعمال کرد. در حالی که به طور مشابه حضور هرگونه حباب به دام افتاده را نیز حذف می کند.
با تبدیل ایده به آزمایش، تیم لایه ای از نانولوله های کربنی جهت یافته عمودی را در بین دو صفحه از مواد کامپوزیت هواپیما ساندویچ کرده و آنها را با استفاده از یک بستهبندی برقی از فیلم نانولوله گرم کردند. مادهی بدست آمده بدون حباب و مانند یک کامپوزیت اتوکلاو شده بود. واردل میگوید: "ما دریافتیم که کامپوزیت خارج از اتوکلاو ما، به همان اندازه ی کامپوزیت فرآیند اتوکلاو دارای استاندارد طلایی که برای سازه های اصلی هوافضا استفاده می شود، مستحکم است". این رویکرد تکمیل کننده ی تکنیکی است که در سال 2015 توسط این تیم ساخته شده است که با استفاده از بسته بندی نانولوله های کربن برای گرم کردن و ذوب کامپوزیتها بدون کوره غول پیکر و با یک صدم هزینه انرژی استفاده میشود.
کیت ریدگوی، متخصص ساخت پیشرفته از دانشگاه استراکلاید میگوید: "اجزای اتوکلاو شده به عنوان استانداردی در نظر گرفته می شوند که هر فرآیند در صنعت از هر گونه شانسی برای جایگزینی در مقیاس گسترده به ویژه برای ساخت قطعات بحرانی برخوردار باشد." در فراخوان عملیات حرارتی خارج از اتوکلاو هدف مقدس تولید کامپوزیت ها، وی متذکر شد که سایر گزینه های پیشنهادی، مانند رویکردهای مبتنی بر مایکروویو، میتوانند جذاب به نظر برسند اما یکپارچگی لازم را ارائه نمیدهند. اغلب حتی به اندازه 1٪ مواد حاوی حفرههایی هستند که باعث تضعیف آن میشوند. ریدگوی میافزاید: "در زمان فعلی، با تمرکز بیشتر بر تغییر اوضاع و کاهش مصرف انرژی، نوآوری پیشنهادی هیجان انگیز و به موقع است." اکنون تیم بر چگونگی توان تولید لایه ها با اندازه ی بزرگتر از نمونه های آزمایشی سانتیمتری تا رسیدن به سازه هایی به بزرگی بال های هواپیما تحقیق میکند. واردل میگوید: "اکنون ما این راه حل جدید را ارائه داده ایم که میتواند حجم تقاضا را جایی که شما به آن نیاز دارید، تحمل کند." فراتر از هواپیماها، بیشترین تولید کامپوزیت در جهان لوله است؛ برای آب، گاز، روغن و همه چیزهایی که وارد زندگی ما میشوند. این روش میتواند همه ی این موارد را بدون زیرساخت کوره و اتوکلاو ایجاد کند."
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/2020/1/29/aircraft-wings-could-be-assembled-cheaply-and-easily-using-nanotubes
برایان واردل پژوهشگر هوانوردی MIT توضیح میدهد: " اگر در حال ساخت ساختار اولیه مانند بدنه یا بال هستید، باید یک مخزن فشار یا اتوکلاو به اندازه ی یک ساختمان دو یا سه طبقه بسازید که خود به زمان و پول برای فشار آوردن نیاز دارد." واردل و همکارانش به ساختارهای نانومتخلخل، لایه های خیلی باریک ساخته شده از مواد داخلی جهت دار مانند نانولوله های کربن، برای اتصال کامپوزیت ها به یکدیگر روی آورده اند. فاصله بین هر نانولوله در چنین لایه های متراکمی می تواند به عنوان مویینگی عمل کند و بر اساس هندسه و انرژی سطح آنها فشار ایجاد کند. این تیم پیش بینی کرده اند که با ساندویچ کردن چنین لایه ای بین دو ورقه از مواد دیگر و گرم کردن آن، میتوان50% فشار مویینگی بیشتر در مقایسه با حالتی که در اتوکلاو وجود دارد به مواد اطراف اعمال کرد. در حالی که به طور مشابه حضور هرگونه حباب به دام افتاده را نیز حذف می کند.
با تبدیل ایده به آزمایش، تیم لایه ای از نانولوله های کربنی جهت یافته عمودی را در بین دو صفحه از مواد کامپوزیت هواپیما ساندویچ کرده و آنها را با استفاده از یک بستهبندی برقی از فیلم نانولوله گرم کردند. مادهی بدست آمده بدون حباب و مانند یک کامپوزیت اتوکلاو شده بود. واردل میگوید: "ما دریافتیم که کامپوزیت خارج از اتوکلاو ما، به همان اندازه ی کامپوزیت فرآیند اتوکلاو دارای استاندارد طلایی که برای سازه های اصلی هوافضا استفاده می شود، مستحکم است". این رویکرد تکمیل کننده ی تکنیکی است که در سال 2015 توسط این تیم ساخته شده است که با استفاده از بسته بندی نانولوله های کربن برای گرم کردن و ذوب کامپوزیتها بدون کوره غول پیکر و با یک صدم هزینه انرژی استفاده میشود.
کیت ریدگوی، متخصص ساخت پیشرفته از دانشگاه استراکلاید میگوید: "اجزای اتوکلاو شده به عنوان استانداردی در نظر گرفته می شوند که هر فرآیند در صنعت از هر گونه شانسی برای جایگزینی در مقیاس گسترده به ویژه برای ساخت قطعات بحرانی برخوردار باشد." در فراخوان عملیات حرارتی خارج از اتوکلاو هدف مقدس تولید کامپوزیت ها، وی متذکر شد که سایر گزینه های پیشنهادی، مانند رویکردهای مبتنی بر مایکروویو، میتوانند جذاب به نظر برسند اما یکپارچگی لازم را ارائه نمیدهند. اغلب حتی به اندازه 1٪ مواد حاوی حفرههایی هستند که باعث تضعیف آن میشوند. ریدگوی میافزاید: "در زمان فعلی، با تمرکز بیشتر بر تغییر اوضاع و کاهش مصرف انرژی، نوآوری پیشنهادی هیجان انگیز و به موقع است." اکنون تیم بر چگونگی توان تولید لایه ها با اندازه ی بزرگتر از نمونه های آزمایشی سانتیمتری تا رسیدن به سازه هایی به بزرگی بال های هواپیما تحقیق میکند. واردل میگوید: "اکنون ما این راه حل جدید را ارائه داده ایم که میتواند حجم تقاضا را جایی که شما به آن نیاز دارید، تحمل کند." فراتر از هواپیماها، بیشترین تولید کامپوزیت در جهان لوله است؛ برای آب، گاز، روغن و همه چیزهایی که وارد زندگی ما میشوند. این روش میتواند همه ی این موارد را بدون زیرساخت کوره و اتوکلاو ایجاد کند."
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/2020/1/29/aircraft-wings-could-be-assembled-cheaply-and-easily-using-nanotubes