Een onderzoeksteam van het Centre for Design, Manufacturing and Materials bij Skoltech heeft onlangs een onderzoek gepubliceerd dat zich richt op multifunctionele materialen die zijn gemaakt door de toevoeging van koolstofnanodeeltjes aan polymeermatrices, ontworpen om zelfdiagnostische monitoring mogelijk te maken door middel van een goedkope techniek.

De studie, geschreven door Ph.D. student Hassaan Ahmad Butt van de onderzoeksgroep van professor Sergey Abaimov, is onlangs gepubliceerd in Samengestelde structuren en maakt deel uit van een meerfasig project dat is ontworpen om zelfgevoelige materialen te creëren die kunnen worden verwerkt en geproduceerd met behulp van bestaande industriële productieroutes.

Nu de vraag naar eigenschappen van polymeercomposieten wereldwijd jaar na jaar toeneemt, koolstofnanodeeltjes hebben veel aandacht gekregen als het gaat om hun toevoeging aan dergelijke materiaalsystemen. Studies hebben aangetoond dat ze de vereiste mechanische eigenschappen kunnen verhogen met relatief kleine toevoegingen, terwijl het uiteindelijke materiaal elektrisch geleidend en piëzoresistief van aard is. Echter, opname van koolstof nanodeeltjes in grootschalige productie is problematisch, die intensieve faciliteitsupgrades vereisen.

"Daarom hebben we besloten om masterbatches en industrieel verkrijgbare, goedkope fabricagetechnieken. Masterbatches kunnen worden opgeslagen, vervoerd en opgenomen in grootschalige productieroutes zonder de noodzaak van dure revisies. Bijna elke faciliteit die zich bezighoudt met thermohardende polymeren heeft een eenvoudige menger, ' zei Hassan.

De studie onderzoekt hoe de toevoeging van koolstofnanodeeltjes de elektrische geleidbaarheid van polymeermatrices kan veranderen en hoe dit zelf kan veranderen tijdens mechanische belasting, gecontroleerd worden, en dus gerelateerd aan de vervorming die het materiaal ervaart. Beurtelings, hierdoor zijn complexe monitoringtechnieken niet meer nodig, met een eenvoudige multimeter die het antwoord kan bepalen.

Eigenlijk, het gebruik van dergelijke materialen heeft het potentieel om sensoren te vervangen in gewichtskritieke systemen zoals vliegtuigconstructies, waarbij het materiaal zelf metingen kan leveren. Dezelfde materialen en productieroute kunnen worden gebruikt om elektrisch geleidende materialen te vervaardigen voor toepassingen zoals het printen van elektrische circuits, elektromagnetische afscherming en gespecialiseerde temperatuur- en vochtigheidssensoren. Het materiaalconcept is niet beperkt tot deze specifieke productieroute, met mogelijke toepasbaarheid liggen ook bij pultrusie en vacuüminfusie.

"De huidige materialen hebben toepassingen variërend van de ruimtevaart tot gespecialiseerde sensoren. De materialen zijn uniek in het feit dat ze kunnen worden opgeschaald tot structuren of kunnen worden verkleind om als afzonderlijke miniatuursensoren te worden bevestigd, ' zei Hassan.