Установлено, что наноразмерные кристаллы способны подавать визуальные сигналы, предупреждающие о скором разрушении композиционного материала под действием механических нагрузок

   

Люминесцирующие нанокристаллы способны менять длину волны излучаемого ими света и тем самым предупреждать об опасности возникновения усталости композиционного материала, которая очень скоро приведёт к его разрушению.

При одновременном растяжении и воздействии ультрафиолетового излучения,
количество зеленого света, отражаемого тетраподами оксида цинка, меняется

Небольшая трещина внутри металлического колеса привела к самой крупной железнодорожной катастрофе в современной Германии — крушению скоростного экспресса в 1998 году у Эшеде. Причина проста и печальна: при внешнем осмотре невозможно обнаружить внутреннее повреждение в металле. Вот почему учёные озадачились проблемой создания таких материалов, которые могли бы сами «подать знак» при возникновении «усталости».

Результатом кропотливого труда сотрудников Университета Христиана Альбрехта (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel) и их коллег стало создание новых синтетических материалов, способных рапортовать излучением света о слишком сильном механическом стрессе. Подробности исследования опубликованы в журнале Advanced Materials.

Способность кристаллов оксида цинка, существующих в форме наноразмерных тетраподов, люминесцировать, давно известна. Новым и интересным открытием немецких исследователей стала обнаруженная ими зависимость характеристики люминесценции таких нанокристаллов от величины механической нагрузки. Немного поразмыслив над практической ценностью своего наблюдения, учёные пришли к выводу, что это свойство может пригодиться для заблаговременного обнаружения повреждений, происходящих в структуре композиционных материалов из-за механических перегрузок.

Тетрапод оксида цинка

Для начала исследователи добавили тетраподы оксида цинка к силикону (полидиметилсилоксану) и изучили свойства нового продукта. Оказалось, что получившийся композит стал, с одной стороны, прочнее исходного силикона, а с другой — люминесцировал различными цветами при облучении УФ-светом, в зависимости от величины прикладываемой к материалу силы растяжения.

Так было показано, что наноразмерные кристаллы действительно способны подавать визуальные сигналы, предупреждающие о скором разрушении материала под действием механических нагрузок.

Так проводился эксперимент по исследованию свойств нового силиконового композита:
растяжение, облучение и регистрация люминесценции

Композиционные полимерные материалы используются в самых разных областях, от внутричелюстных зубных имплантатов до космических кораблей. Они состоят из двух и более компонентов с различными свойствами. При желании можно создать материал, который будет лёгким, механически прочным и всё равно недорогим. По мнению немецких учёных, нанокристаллы оксида цинка улучшат многие специфические композиты, особенно конструкционные, где повышенная прочность и стабильность жизненно важны.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® по материалам сайтов КомпьюЛента и Университета Христиана Альбрехта.

Другие новости по этой теме на сайте FEA.ru:

08.04.2013 ANSYS, Inc приобрёл EVEN – EVOLUTIONARY ENGINEERING AG - поставщика компьютерных технологий анализа и оптимизации композитных материалов
24.03.2013 Новости мира композитов. Автомобили с композитными элементами компании TeXtreme показали очень высокие результаты на Daytona 500
19.11.2012 Ford представил новый доступный композитный материал - армированный углепластик, из которого изготовил капот, который на 50% легче стального
15.11.2012 Разработана технология изготовления композитов на основе нанотрубок, что позволит в 10 раз увеличить прочность материалов
02.11.2012 Специалисты "РТ-Химкомпозит" обсудили производство и применение композитных материалов
28.10.2012 BASF совместно с SGL Group разрабатывают новый композитный материал для использования в T-RTM процессах
18.10.2012 В Твери состоится открытие инновационного цеха по производству мостовых пролетных строений из полимерных композитов ОАО "Тверьстеклопластик"
16.10.2012 В России введена в эксплуатацию первая пултрузионная линия по производству изделий из углепластика
21.09.2012 Компания Composite Advantage построила композитный пешеходный мост
28.07.2012 Ученые продолжают уменьшать вес новых материалов. Создан материал, кубический сантиметр которого весит 0,2 мг
06.03.2012 Volvo работает над созданием нового композитного материала для кузова электромобилей
21.12.2011 Исследователи из Гарварда разработали новый суперпрочный композитный материал
06.12.2011 Ученые создали самый легкий в мире материал
01.04.2009 Исследователи из США создали первую компьютерную модель нанотрения