Een team van het National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft een tool ontwikkeld om veranderingen in veelgebruikte composietmaterialen, bekend als vezelversterkte polymeren (FRP's), te volgen. die in alles terug te vinden is, van ruimtevaart en infrastructuur tot windturbines. Het nieuwe gereedschap, geïntegreerd in deze materialen, kan helpen bij het meten van de schade die optreedt naarmate ze ouder worden.

"Dit geeft ons de mogelijkheid om ons beter te ontwikkelen, meer vermoeidheidsbestendige composieten, " zei NIST-chemicus Jeff Gilman. "We kunnen zien wanneer de vezel begint te breken. We hebben nu een manier om de schade te kwantificeren."

Sinds de jaren zestig, wetenschappers hebben geëxperimenteerd met manieren om FRP's lichter en sterker te maken. Dit betekende vaak het testen van de binding tussen vezel en hars. Zoals gemeld in een eerdere publicatie, het NIST-team voegde kleine moleculen toe die fluoresceren na de impact van mechanische kracht. Deze moleculen, genaamd "mechanoforen, " van kleur veranderen of oplichten, helpt bij het identificeren van kleine openingen of scheuren ter grootte van nanometers tussen de vezel en de hars.

Het NIST-team heeft deze technologie naar een hoger niveau getild door de mechanofoor in de composiethars op te nemen. Hoewel niet waarneembaar met het blote oog, de nieuwste benadering stelt wetenschappers in staat om speciale microscopie-beeldvormingstechnieken te gebruiken om FRP-schade te meten. De aanpak omvat een minieme hoeveelheid (minder dan 0,1% massa) van een fluorescerende kleurstof, rhodamine genaamd, die geen merkbare veranderingen in de fysieke eigenschappen van het materiaal veroorzaakt.

Als de nieuwe mechanofoor is ingebed in structuren gemaakt van FRP, veldtesten voor vermoeidheid zouden goedkoop en op regelmatige basis kunnen worden uitgevoerd. Constructies zoals windturbines kunnen vaak gemakkelijk worden gescand op interne scheuren, zelfs jaren nadat ze zijn opgericht.

Het eerste werk met deze nieuwe tool onthulde ook een verrassing over FRP-schade. Als een vezel breekt, het zendt een soort "schokgolf" uit die door het materiaal beweegt, legde Jeremia Woodcock uit, de hoofdauteur van een nieuw artikel over de mechanofoor gepubliceerd in Composites Science and Technology. Vroeger, men geloofde dat de meeste schade plaatsvond op het punt van breuk.

"We dachten dat toen we naar de resultaten keken, er zou een lichtkrans rond de spleet zijn, het tonen van de fluorescentie van de mechanofoor, ' zei Woodcock. In plaats daarvan, ze ontdekten dat schade optreedt op plaatsen die erg ver verwijderd zijn van het punt van vezelbreuk. "Het is alsof we wisten van de aardbeving, maar niet van de tsunami die erop volgde."

Uit het NIST-mechanofooronderzoek bleek ook dat bestaande testen onbedoeld de sterkte van het materiaal aantasten. Dit heeft, beurtelings, leidde ontwerpers en ingenieurs ertoe FRP's te overontwerpen. Met behulp van de mechanofoor kon, daarom, de energie- en productiekosten verlagen en de manier waarop deze materialen in de industrie worden gebruikt, vergroten.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.