탄소 섬유 강화 수지 매트릭스 복합재는 금속보다 비강도와 강성이 우수하지만 피로 파괴가 발생하기 쉽습니다.탄소 섬유 강화 수지 매트릭스 복합재의 시장 가치는 2024년에 310억 달러에 이를 수 있지만, 피로 손상을 감지하는 구조 상태 모니터링 시스템의 비용은 55억 달러 이상일 수 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 재료에 균열이 전파되는 것을 막기 위해 나노 첨가제와 자가 치유 폴리머를 연구하고 있습니다.2021년 12월 워싱턴대학교 렌셀러 폴리테크닉 연구소(Rensselaer Polytechnic Institute)와 베이징 화학기술대학교(Beijing University of Chemical Technology)의 연구원들은 피로 손상을 되돌릴 수 있는 유리 같은 폴리머 매트릭스를 갖춘 복합 재료를 제안했습니다.복합재의 매트릭스는 기존의 에폭시 수지와 비트리머라고 불리는 특수 에폭시 수지로 구성됩니다.일반 에폭시 수지와 비교하여 유리화제의 주요 차이점은 임계 온도 이상으로 가열하면 가역적 가교 반응이 일어나고 자체 복구 능력이 있다는 것입니다.
100,000번의 손상 주기 후에도 복합재의 피로는 80°C 바로 위의 시간까지 주기적으로 가열하면 되돌릴 수 있습니다.또한, RF 전자기장에 노출되면 가열되는 탄소 재료의 특성을 활용하면 부품을 선택적으로 수리하기 위해 기존 히터를 사용하는 것을 대체할 수 있습니다.이 접근 방식은 피로 손상의 "돌이킬 수 없는" 특성을 다루고 복합 피로 유발 손상을 거의 무기한으로 되돌리거나 지연시켜 구조 재료의 수명을 연장하고 유지 관리 및 운영 비용을 절감할 수 있습니다.
탄소/탄화규소 섬유는 3500°C 초고온을 견딜 수 있습니다.
존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소가 이끄는 NASA의 "성간 탐사선" 개념 연구는 다른 어떤 우주선보다 빠른 속도로 여행해야 하는 태양계 너머의 우주를 탐험하는 첫 번째 임무가 될 것입니다.멀리.매우 빠른 속도로 매우 먼 거리에 도달할 수 있으려면 성간 탐사선은 탐사선을 태양 가까이로 회전시키고 태양의 중력을 사용하여 탐사선을 깊은 우주로 발사하는 "Obers 기동"을 수행해야 할 수도 있습니다.
이를 달성하기 위해서는 감지기의 차광막용 경량 초고온 소재 개발이 필요하다.2021년 7월, 미국 고온재료 개발업체 어드밴스드 세라믹 파이버(Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd.)와 존스홉킨스대학교 응용물리학연구소가 협력해 3500°C의 고온에도 견딜 수 있는 경량 초고온 세라믹 파이버를 개발했다.연구진은 직접 변환 공정을 통해 각 탄소섬유 필라멘트의 외부층을 탄화규소(SiC/C)와 같은 금속 탄화물로 변환했다.
연구진은 화염 테스트와 진공 가열 방식으로 샘플을 테스트한 결과, 이들 소재는 현재 탄소섬유 소재의 상한선인 2000°C를 확장하고 3500°C에서 일정 온도를 유지하는 등 경량, 저증기압 소재의 가능성을 보여주었다.기계적 강도가 뛰어나 향후 탐사선의 태양광 차단막에 활용될 것으로 기대된다.
게시 시간: 2022년 7월 18일