کشفی که می‌تواند بدنه هواپیما و تجهیزات پزشکی را دگرگون کند

باشگاه خبرنگاران جوان - تیمی از پژوهشگران دانشگاه ایالتی ویچیتا (WSU)، نسل جدیدی از نانوکامپوزیت‌ها را برای کاربرد‌های پیشرفته صنعتی توسعه دادند تیم تحقیقاتی داود عسگری موفق به توسعه نوعی نانوکامپوزیت نوآورانه شده‌اند که می‌تواند نقطه‌عطفی در طراحی مواد سبک‌وزن با استحکام و دوام بالا برای صنایع هوافضا، خودروسازی، دریایی، انرژی بادی، نفت و گاز، تجهیزات پزشکی و سایر حوزه‌های پرتراکم فناوری باشد.

این پروژه توسط داود عسگری، دانشیار مهندسی مکانیک در کالج مهندسی WSU و مدیر آزمایشگاه نانوکامپوزیت‌های چندمنظوره، رهبری شده و بر پایه استفاده از نانولوله‌های مارپیچ کربنی (HCNTs) بنا شده است. این ساختار‌های منحصر‌به‌فرد در کنار فرآیند‌های شیمیایی نوین، توانسته‌اند استحکام میان‌لایه‌ای (interlaminar bonding) و عملکرد مکانیکی کامپوزیت‌ها را به‌طرز چشمگیری افزایش دهند.

عسگری در این‌باره می‌گوید: یکی از چالش‌های رایج در کامپوزیت‌های سنتی، لایه‌لایه شدن (delamination) و ضعف در پیوند بین لایه‌هاست. اما ساختار مارپیچ نانولوله‌های ما، درون ماتریس رزینی و میان الیاف تقویت‌کننده، نوعی درهم‌تنیدگی مکانیکی ایجاد می‌کند که مقاومت ساختار را از درون تقویت می‌کند. نتیجه، قطعاتی مستحکم‌تر برای هواپیماها، خودرو‌ها و حتی تجهیزات محافظتی خواهد بود.

برخلاف نانولوله‌های مستقیم، نانولوله‌های مارپیچ به‌واسطه شکل فنری خود، در ماتریس‌های رزینی بهتر قفل می‌شوند. تیم WSU با استفاده از تیمار‌های شیمیایی کنترل‌شده و فرآیند‌های اختصاصی، موفق شده‌اند این نانولوله‌ها را به‌طور یکنواخت در رزین‌های اپوکسی پخش کنند و خواصی، چون استحکام کششی، چقرمگی شکست، مدول، کرنش تا شکست و سختی را حتی با درصد‌های بسیار کم وزنی بهبود دهند.

از آنجا که این فرآیند‌ها با فناوری‌های رایج تولید کامپوزیت‌ها سازگارند، امکان به‌کارگیری این نوآوری در مقیاس صنعتی وجود دارد. به گفته عسگری، این فناوری نانویی، در عین سبک‌وزنی، عملکرد مکانیکی، الکتریکی و حرارتی مواد را بهبود می‌بخشد و در صنایع گوناگون قابل استفاده است.

در حال حاضر، این مواد در همکاری با شرکای صنعتی برای کاربرد در سازه‌های هوافضا و دیگر حوزه‌های عملکرد بالا در حال ارزیابی‌اند. این نوآوری تحت دو پتنت مرتبط با “عملیاتی‌سازی شیمیایی نانولوله‌های مارپیچ” و “ایجاد ساختار‌های نانوکامپوزیتی قفل‌شونده” حفاظت شده است.

عسگری می‌افزاید: «در نهایت، مساله کلیدی، اعتمادپذیری مواد است. در طراحی فضاپیما، زیردریایی یا تجهیزات پزشکی، داشتن موادی که هم قوی‌تر و هم سبک‌تر باشند، نقش حیاتی در ایمنی، کارایی و صرفه‌جویی هزینه خواهد داشت.»

عسگری مدرک دکتری خود را در رشته مهندسی مکانیک در مه ۲۰۰۹ از دانشگاه هاوایی در مانوا (University of Hawaii at Manoa – UHM) دریافت کرده است. وی پیش‌تر نیز کارشناسی‌ارشد خود را در ژوئن ۲۰۰۲ از دانشگاه مدیترانه شرقی (Eastern Mediterranean University – EMU) و کارشناسی را در ژوئن ۱۹۹۷ از دانشگاه صنعتی شریف اخذ کرده بود.

پیش از آغاز تحصیلات تکمیلی، عسگری بین سال‌های ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۰ به عنوان مهندس طراحی مکانیک در مرکز تحقیقات ساخت پیشرفته (AMRC) وابسته به دانشگاه صنعتی شریف فعالیت داشت.

منبع: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو