Mokslas ir IT

2020.02.18 10:03

Mokslininkai kuria naują medžiagą lėktuvams ir automobiliams: parodys plika akimi nematomus pažeidimus

LRT.lt2020.02.18 10:03

KTU mokslininkai kartu su kolegomis iš Latvijos, Danijos, Švedijos, Slovakijos, Ukrainos, Čekijos, Baltarusijos ir JAV kuria daugiafunkcines kompozitines medžiagas, skirtas orlaiviams, automobiliams, vėjo jėgainėms gaminti, rašoma pranešime žiniasklaidai.

Tarptautinė mokslininkų komanda siekia, kad naujai sukurta medžiaga būtų ne tik patvari, tačiau kartu pasitarnautų aptinkant plika akimi neįžvelgiamus pažeidimus.

Pasak Kauno technologijos universiteto Mechanikos inžinerijos ir dizaino fakulteto (MIDF) mokslininkės dr. Daivos Zeleniakienės, pažangių transporto, aviacijos, vėjo turbinų ir kitų konstrukcijų gamyba iš pluoštinių polimerinių kompozitų itin populiarėja dėl šių medžiagų lengvumo ir puikių mechaninių savybių.

Mokslininkė paaiškina: eksploatacijos metu šios konstrukcijos patiria didžiules ciklines ir smūgines apkrovas. Dėl jų, laikui bėgant, gali atsirasti pažeidimai, pavyzdžiui, polimerinės matricos įtrūkimai, atsisluoksniavimai ar pluošto plyšimai, kas lemia mechaninių savybių blogėjimą.

Blogiausia, kad minėti pažeidimai dažniausiai yra nematomi, todėl per pirminę apžiūrą sunku prognozuoti reikiamą konstrukcijos techninio aptarnavimo intensyvumą, užtikrinantį ekonomiškumą ir padedantį išvengti medžiagos pavojingo suirimo.

Anot D. Zeleniakienės, suvienijusi jėgas mokslininkų komanda imasi kurti naujus, elektrai laidžius pluoštinius polimerinius kompozitus, kurie pasižymės puikiomis mechaninėmis savybėmis ir svarbiausia – turės savidiagnostikos funkciją.

„Tai leis aptikti tokius pažeidimus be papildomai integruotų sensorių ar brangių bekontakčių prietaisų“, – ekonominį privalumą įvardija tyrėja.

Ketina naudoti JAV išrastas nanodaleles

Lietuvos ir kitų šalių mokslininkų kuriamai kompozitinei medžiagai ketinama naudoti naujas, elektrai laidžias nanodaleles, kurias išrado kolegos iš JAV. Maksenai (angl. MXene) yra nauja metalų karbidų ir (arba) nitridų grupė, kuriai būdingas unikalus metalų elektrinio laidumo, hidrofilinio paviršiaus ir puikių mechaninių savybių derinys.

„Maksenai yra neseniai mūsų partnerių iš JAV Drekselio universiteto išrastos nanodalelės. Šis mokslinis atradimas labai svarbus, nes nauja medžiaga jau ankstyvosiose tyrimų stadijose pademonstravo puikias, technologiškai naudingas savybes“, – pasakoja D. Zeleniakienė.

Anot jos, tokios dalelės, bus įmaišomos į epoksidinę dervą, iš kurios įprastai gaminami aviacijos, automobilių ir kitoms pramonės šakoms skirti kompozitai. Iš jų pagamintoms konstrukcijoms tai suteiks daugiau stiprumo ir ilgalaikiškumo.

„Be to, įdiegus struktūrinės būklės stebėsenos priemones, pagrįstas koreliacija tarp pažeidimų vystymosi ir elektrinių parametrų, tai galės pasitarnauti ir kaip savidiagnostinė priemonė defektų aptikimui,“ – technologiją paaiškina KTU mokslininkė.

KTU mokslininkai pažymi – tyrimuose naudojamos maksenų dalelės neturi neigiamo poveikio žmogaus sveikatai, o patekusios į aplinką reaguoja su deguonimi ir sudaro titano dioksidą, kuris yra naudojamas netgi maisto pramonėje, pavyzdžiui, baltame spurgų glaiste.

Mato daug perspektyvų

KTU MIDF doktoranto Gedimino Monastyreckio teigimu, labai svarbu, kad technologinė pažanga būtų lydima ne tik ekonominės naudos, bet ir aplinkai draugiško požiūrio. Dar vienas mokslo projektas šia tematika vystomas kuriant naujus hibridinius pluoštinius kompozitus.

„Pluoštu armuotų plastiko kompozitų Ilgalaikiškumą, atsparumą irimui ir nuovargiui, o kartu ir papildomą funkcionalumą, pavyzdžiui, puikias šilumines, antistatines ar elektromagnetinių trukdžių ekranavimo savybes galime užtikrinti ir naudodami hibridinius nanoužpildus, t.y., įvairių nanodalelių, pasižyminčių skirtingomis savybėmis, derinius. Tokios „geriausios receptūros“ sukūrimas ir yra svarbiausias šio projekto uždavinys“, – paaiškina jaunas tyrėjas.

„Nors Lietuvoje, lyginant su kitomis Europos šalimis, pluoštinių kompozitų pramonė nėra taip stipriai išvystyta, labai norėčiau tikėti, kad mūsų tyrimai prisidės prie šios šakos augimo Lietuvoje,“ – teigia D. Zeleniakienė.

Mokslininkų teigimu, per pastarąjį dešimtmetį pastebimai išaugo pažangių daugiafunkcinių medžiagų, leidžiančių sumažinti konstrukcijų ir elektronikos priemonių matmenis bei svorį ir tuo pačiu užtikrinančių aukščiausius mechaninių savybių, aplinkosaugos ir patvarumo reikalavimus, tyrimai.

Pasak jų, didžiausias iššūkis, su kuriuo šiuo metu susiduria mokslininkai ir pramonė, yra gebėjimas identifikuoti būtent tas pažangiai gamybai ir kasdieniniam naudojimui reikalingas medžiagas, kurios būtų tvarios, naujos kartos, ekonomiškai efektyvios ir tausojančios energiją.