Komposit matriks resin yang diperkuat serat karbon menunjukkan kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih baik dibandingkan logam, namun rentan terhadap kegagalan kelelahan. Nilai pasar komposit matriks resin yang diperkuat serat karbon dapat mencapai $31 miliar pada tahun 2024, namun biaya sistem pemantauan kesehatan struktural untuk mendeteksi kerusakan akibat kelelahan dapat mencapai lebih dari $5,5 miliar.
Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti sedang mengeksplorasi aditif nano dan polimer penyembuhan diri untuk menghentikan penyebaran retakan pada material. Pada bulan Desember 2021, para peneliti di Institut Politeknik Rensselaer Universitas Washington dan Universitas Teknologi Kimia Beijing mengusulkan material komposit dengan matriks polimer mirip kaca yang dapat membalikkan kerusakan akibat kelelahan. Matriks komposit terdiri dari resin epoksi konvensional dan resin epoksi khusus yang disebut vitrimer. Dibandingkan dengan resin epoksi biasa, perbedaan utama antara zat vitrifikasi adalah ketika dipanaskan di atas suhu kritis, akan terjadi reaksi ikatan silang yang dapat dibalik, dan zat tersebut memiliki kemampuan untuk memperbaiki dirinya sendiri.
Bahkan setelah 100.000 siklus kerusakan, kelelahan pada komposit dapat diatasi dengan pemanasan berkala hingga suhu di atas 80°C. Selain itu, memanfaatkan sifat bahan karbon untuk memanas ketika terkena medan elektromagnetik RF dapat menggantikan penggunaan pemanas konvensional untuk memperbaiki komponen secara selektif. Pendekatan ini mengatasi sifat kerusakan akibat kelelahan yang "tidak dapat diubah" dan dapat membalikkan atau menunda kerusakan akibat kelelahan komposit hampir tanpa batas waktu, sehingga memperpanjang umur material struktural dan mengurangi biaya pemeliharaan dan pengoperasian.
SERAT KARBON / SILIKON KARBIDA DAPAT TAHAN 3500°C SUHU ULTRA TINGGI
Studi konsep "Interstellar Probe" NASA, yang dipimpin oleh Laboratorium Fisika Terapan Universitas Johns Hopkins, akan menjadi misi pertama untuk menjelajahi ruang angkasa di luar tata surya kita, yang memerlukan perjalanan dengan kecepatan lebih tinggi daripada pesawat ruang angkasa lainnya. Jauh. Untuk dapat mencapai jarak yang sangat jauh dengan kecepatan yang sangat tinggi, wahana antarbintang mungkin perlu melakukan "manuver Obers", yang akan mengayunkan wahana tersebut mendekati matahari dan menggunakan gravitasi matahari untuk melontarkan wahana tersebut ke luar angkasa.
Untuk mencapai tujuan ini, bahan ringan dan bersuhu sangat tinggi perlu dikembangkan untuk pelindung surya detektor. Pada bulan Juli 2021, pengembang material suhu tinggi Amerika Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. dan Laboratorium Fisika Terapan Universitas Johns Hopkins berkolaborasi untuk mengembangkan serat keramik ringan bersuhu sangat tinggi yang dapat menahan suhu tinggi 3500°C. Para peneliti mengubah lapisan luar setiap filamen serat karbon menjadi logam karbida seperti silikon karbida (SiC/C) melalui proses konversi langsung.
Para peneliti menguji sampel menggunakan pengujian api dan pemanasan vakum, dan bahan-bahan ini menunjukkan potensi bahan yang ringan dan bertekanan uap rendah, memperluas batas atas saat ini sebesar 2000°C untuk bahan serat karbon, dan mempertahankan suhu tertentu pada 3500°C. Kekuatan mekaniknya, diharapkan dapat digunakan pada perisai surya wahana di masa depan.
Waktu posting: 18 Juli 2022