저널에 발표된 연구에서 오늘의 커뮤니케이션 자료, 분석은 이전에 우주에서 사용된 합성 재료로 만든 형상 기억 고분자 복합 재료(SMPC)에 대해 수행되었습니다. 결과는 거시적 수준에서 형상 기억의 기능에 중요한 미시적 수준에서 복구 프로세스를 식별할 수 있게 했습니다.
스테이: 형상 기억 에폭시 코팅이 적용된 탄소 섬유 칩의 현미경 테스트. 이미지 크레디트: Bellisario, D., 외(2022)
형상기억 폴리머 – 많은 산업의 미래의 중심
SMPC(형상 기억 고분자 복합 재료)는 자극을 받으면 변형되어 원래 모양을 복원할 수 있는 스마트 재료 아키텍처 클래스에 속합니다.
열 촉매 구조에서 유리 전이 온도(T)는 다음과 같습니다.g) 설치 단계 및 속성을 설정하여 원래 모양으로 복원합니다. 이러한 스마트 소재에 대한 관심은 운용 용도가 중요한 생물의학 및 항공 분야를 비롯한 다양한 산업 분야에서 높습니다.
형상 기억 행동 – 아무도 폴리머를 좋아하지 않습니다.
탄소 섬유의 형상 기억(SM) 응답은 종종 SM 기능이 있는 폴리머 프레임워크를 추가하여 얻습니다. 형상 기억 폴리머(SMP)는 변형되지 않은 기본 상태를 복원하기 위해 더 작은 작동력이 필요한 경우에도 형상 기억 합금(SMA)보다 더 큰 변형을 견딜 수 있습니다.
원하는 기능에 따라 적절한 폴리머 프레임을 사용할 수 있습니다. 일반적으로 열경화성 수지는 열가소성 수지에 비해 형상기억 특성이 우수하며, 에폭시 수지는 성능이 가장 우수한 경우가 많습니다.
에폭시는 열적 및 기계적 특성이 뛰어나 항공 우주 및 자동차와 같이 충격이 큰 분야에서 사용되는 모든 생산 기술에 널리 사용됩니다.
연구의 주요 목적
SM 특성을 측정하기 위해 기계적 열순환을 사용하는 것은 SMP의 형상 기억 거동을 평가하기 위해 널리 사용되는 접근 방식입니다.
나노미터 규모에서 개별 층의 형상 기억 거동과 상호 작용은 연구되지 않았습니다. 이 연구는 결과적인 중간 구조에 특별한 초점을 두고 미시적 수준과 거시적 수준 모두에서 이러한 스마트 물질을 종합적으로 분석하는 것을 목표로 합니다.
a) SMPC 구조의 개략도 및 b) SMPC 샘플 제작 절차. © Bellisario, D., 외 (2022)
연구 방법론
이 작업은 산업적으로 접근 가능한 재료의 압축 성형을 사용하여 항공 우주에 사용하기에 적합한 2개의 형상 기억 고분자 복합 구조를 생성했습니다. 미세 형상 기억의 거동을 분석하기 위해 상업적으로 이용 가능한 열공간 ‘사전 강화 재료’로 만들어진 대형 탄소 섬유 후드가 처음으로 평가되었습니다.
형상 기억에 대한 중간층의 기여는 미시적 수준에서 구조 덕분에 조사되었습니다. 제안된 복합 적층은 탄소 적층의 건축적 특성과 SMP의 기능을 결합했습니다. 두 개의 형상기억 고분자 복합구조물 사이에 끼워진 형상기억층은 하나는 형상기억형 에폭시 수지의 얇은 층을 가지고 있고, 다른 하나는 형상기억 폼 에폭시를 포함하도록 달랐다.
두 시스템은 지능형 항공기 아키텍처의 생산에서 압축 성형과 같은 공간 성형 방법의 적합성을 테스트하기 위해 구축되었습니다. 이는 현재 문헌에서 제안된 대부분의 신규 형상 고분자 복합 재료가 항공우주 등급 재료로 분류될 수 없다는 점에서 중요한 연구 성과였다.
SMPC의 Micro-CT 스캔 및 분석 a) 단면, b) 측면도 및 c) 에폭시 분말 중간층을 사용한 SMPC 분석 및 d) 단면, e) 측면도 및 f) 얇은 에폭시 폼 층을 사용한 SMPC 분석 . © Bellisario, D., 외 (2022)
연구의 주요 결과
MicroCT 및 SEM 영상은 얇은 발포층 또는 박막 형태로 탄소 섬유 강화(CFRP) 1차 침전층과 에폭시 중간층 사이에 강한 결합을 보여주었습니다. 복합 적층 동안 생성된 얇은 형상 기억 폴리머 중간층의 균질성은 SEM 이미징에 의해 확인되었으며 MicroCT 평가에 의해 입증된 CFRP 층의 다공성 수준이 매우 낮습니다.
동적 기계적 분석(DMA) 연구에 따르면 형상 기억 중간층이 전이 영역에 영향을 미치며 형상 기억 수지가 사용될 때 더 좁아집니다. 나노 도구와 마이크로 들여쓰기가 있는 들여쓰기를 사용하여 미세 및 나노 규모에서 모델 복구 거동을 분석했습니다.
나노머신 접근 방식이 이러한 유형의 고분자 복합 재료에 적용된 것은 이번이 처음으로 두 가지 형태의 SMPC에 대해 작은 영역에 걸쳐 SM 응답의 온도를 계산할 수 있습니다.
형상 기억 고분자 복합 구조의 SM 거동은 고압 및 여러 열기계 사이클을 사용하는 열기계 순환을 사용하여 광범위하게 확인되었습니다.
더 얇은 에폭시 폼 보드를 사용한 SM 폴리머 복합재는 폼 구조를 고려할 때 예상대로 더 나은 형상 기억 능력을 보여주었습니다. 반면에 에폭시 분말 중간층을 포함하는 SM 고분자 복합재료는 낮지만 인상적인 형상기억 특성을 보였다.
반복적인 열기계적 사이클링은 생성된 스마트 재료의 아키텍처 무결성을 유지하면서 SM의 동작에 영향을 미쳤습니다. 또한, 메모리 에폭시 중간막의 유형과 수량을 적절하게 설계하면 메모리 동작을 크게 향상시킬 수 있습니다.
참조
벨리사리오, d. 콰드리니, F. 다른 사람. (2022). 형상 기억 에폭시 코팅이 적용된 탄소 섬유 칩의 현미경 테스트. 오늘의 커뮤니케이션 자료. 사용 가능: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.103854
“트위터를 통해 다양한 주제에 대한 생각을 나누는 아 동율은 정신적으로 깊이 있습니다. 그는 맥주를 사랑하지만, 때로는 그의 무관심함이 돋보입니다. 그러나 그의 음악에 대한 열정은 누구보다도 진실합니다.”