تجسم تنش در پلاستیک

رنگ‌های ساخته شده تنش مربوط به مقدار مختلف در اجزای پلاستیک را نشان می‌دهد. آیا این کار با استفاده از آزمون‌های مکانیکی در مورد نمونه‌های آزمایشی حاوی رنگ مورد بررسی قرار گرفت؟

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور دکتر Michael Sommer، استاد شیمی پلیمر در دانشگاه صنعتی Chemnitz، و دکتر Michael Walter، رهبر پروژه در Cluster Of Excellence Living, Adaptive, and Energy Autonomous Materials Systems (livMatS) در دانشگاه Freiburg موفق به ساخت یک مولکول رنگ جدید از بخش موسوم به مکانوفورها شده است. [مکانوفورها واحدهای مولکولی هستند که هنگامی که یک نیروی مکانیکی اعمالی باعث بازآرایی ساختاری می‌شود (مانند تغییر ساختاری یا بریدگی پیوند) یک پاسخ فیزیکی یا شیمیایی ایجاد می‌کنند.]

به لطف این مولکول، تنش مربوط به مقدار مختلف در اجزای پلاستیکی می‌تواند به طور مداوم با تغییرات رنگ مصورسازی شود. مفهوم چنین رنگ‌هایی جدید نیست، اما اکثر مکانوفورهای قبلی قادر بودند فقط وجود یا عدم وجود تنش در پلاستیک‌ها را نشان دهند. تحقیقات فعلی اکنون تمایز بین تنش‌های با بزرگی متفاوت را فراهم می‌کند.

این، مزایای عالی را کامل افزایش می‌دهد وقتی این مهم است که توزیع تنش را در اجزای میکروسکوپی پلاستیک به منظور کنترل یک‌پارچگی مواد در همه زمان‌ها ترسیم کنند.

این تیم پژوهشی اکنون یک گام جلوتر برای توسعه این شکل مؤثر تحلیل تغییر شکل و آسیب است در حالی که آن را به کاربردهای عملی نزدیک‌تر می‌آورد.

نتایج این مطالعه در ژورنال Nature Communications در ۹ جولای ۲۰۲۱ منتشر شد.

فنر مولکولی، استحکام نیرو از نظر رنگ را نشان می دهد.

همان طور که محققان در مقاله خود گزارش دادند، با ترکیب یک رنگ مولکولی طراحی شده با یک پلاستیک مناسب و مهمتر از همه غیرشکننده، اکنون نیروهای ماکروسکوپی می‌توانند به مقیاس مولکولی کاهش یابند. این نیروهای عامل می‌توانند برای مثال فشار یا تنش خارجی باشند.

بنابراین، مولکول رنگ، نیروی در بطن اجزای پلاستیکی را “احساس” می‌کند و ادامه می‌دهد تا تغییرات در نیرو توسط افزایش تغییرات در رنگ را نشان دهد. اگر بار خارجی برداشته شود، مولکول رنگ به حالت اولیه خود باز می‌گردد. به همین دلیل است که این رنگ را “فنر مولکولی” نامیده می‌شود – بسته به کشش خارجی، کشیده می شود و “می جهد”.

در مقایسه با تغییرهای مولکولی موجود که تنش در پلاستیک‌ها را با تغییر رنگ تفسیر می‌کنند، در این جا مزیت‌ها به وضوح در نقشه‌برداری بدون پله (پیوسته) مربوط به نیروهای با بزرگی‌های مختلف و همچنین رفتار فنر مانند مولکول قرار می‌گیرند که می‌توانند بارها و بارها استفاده شوند.

خواص مکانیکی بهتر – درک بهتر و اعمال میرایی (damping)

پروفسور Michael Sommer به طور خلاصه می‌گوید: “این گام برجسته مستقیماً به سمت تجسم تنش‌های باقی‌مانده خارجی پلاستیک‌ها با روش‌های تحلیلی ساده است، که کمک بزرگی برای توسعه بیش‌تر مواد با خواص مکانیکی بهبود یافته ساخته شده توسط، برای مثال، چاپ سه بعدی است.”

اما همچنین می‌تواند به درک اساسی‌تر از خواص میرایی مواد مصنوعی و سیستم‌های طبیعی امکان دهد: به عنوان مثال، میوه‌های بزرگ و سنگینی وجود دارند که از ارتفاعات زیاد از درختان سقوط می‌کنند اما آسیبی ندیده‌اند. طبیعت در اینجا به عنوان یک الگو عمل می‌کند و فنرهای مولکولی می‌توانند به درک بهتر و تقلید از چنین سیستم‌هایی کمک کنند.

بنابراین، تلاش‌های آینده بر سازگاری فنرهای نیروی مولکولی برای استفاده در پلاستیک‌های مختلف متمرکز خواهد شد. این امر مستلزم تلاش‌های مشترک با سایر گروه های تحقیقاتی و استفاده از روش‌های به کمک کامپیوتر است.

لینک خبر:

https://phys.org/news/2021-08-visualizing-stress-plastics.html

A mechanochromic donor-acceptor torsional

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com