نشر فريق بحثي من مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية نتائج دراسة في Advanced Functional Materials، حيث طوروا تقنية مبتكرة لتعزيز قوة الربط البيني للمواد المركبة من ألياف الكربون باستخدام ألياف الكربون النانوية. يقود هذا الإنجاز الباحثان سوميت غوبتا (Sumit Gupta) وكريس بولاند (Chris Bowland)، ومن المتوقع أن يوفر مواد هيكلية أخف وزناً وأقوى لصناعات السيارات والفضاء.
تعتمد التقنية على عملية الغزل الكهروستاتيكي لتحويل سلائف Polyacrylonitrile إلى ألياف بقطر حوالي 200 نانومتر، مما يشكل هيكلًا خاصًا على سطح ألياف الكربون. أظهرت البيانات التجريبية زيادة في قوة الشد للمواد المركبة بنسبة 50%، وزيادة في المتانة بنحو الضعفين.
استخدم فريق البحث مرافق التوصيف المتقدمة في ORNL، بما في ذلك تشتت الأشعة السينية والتصوير بالرنين المغناطيسي النووي، لتحليل التفاعلات بين الألياف والمصفوفة على المستوى المجهري. وأشار كريس بولاند إلى أن "ضبط معايير الغزل الكهروستاتيكي بدقة يتيح تحسين توجيه الألياف والترابط الكيميائي، مما يبني جسرًا فعالًا لنقل الإجهاد بين المواد المغايرة."
لا تعزز هذه التقنية أداء المواد فحسب، بل قد تقلل أيضًا من تكاليف الإنتاج. من خلال تحسين قوة الربط البيني، يمكن للمصنعين تقليل كمية ألياف الكربون المستخدمة، أو حتى استخدام ألياف قصيرة كانت ستُهدر سابقًا. تقدم فريق البحث بطلب للحصول على براءة اختراع لهذه التقنية ويبحث عن شركاء صناعيين لتحويلها إلى تطبيقات عملية.
بالإضافة إلى التطبيقات التقليدية، تفتح هذه التقنية إمكانيات جديدة للمواد المركبة. يستكشف الفريق دمجها مع مواد ذكية ذاتية الاستشعار لتطوير مواد مركبة ذكية قادرة على مراقبة الحالة الهيكلية في الوقت الفعلي. تلقى هذا البحث دعمًا من مكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية، وتم إجراء العمليات المحاكاة باستخدام حاسوب Frontier الفائق في ORNL.
