KTU kartu su Europos ir Amerikos mokslininkais kuria medžiagą, kuri leis diagnozuoti plika akimi nematomus pažeidimus

KTU mokslininkai kartu su kolegomis iš Latvijos, Danijos, Švedijos, Slovakijos, Ukrainos, Čekijos, Baltarusijos ir JAV kuria daugiafunkcines kompozitines medžiagas, skirtas orlaivių, automobilių, vėjo jėgainių ir kitų konstrukcijų gamybai.

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

Pažeidimai – nematomi

Jos teigimu, šios konstrukcijos eksploatacijos metu patiria didžiules ciklines ir smūgines apkrovas, dėl kurių, laikui bėgant, gali atsirasti pažeidimai, pavyzdžiui, polimerinės matricos įtrūkimai, atsisluoksniavimai ar pluošto plyšimai, o tai, savo ruožtu, lemia mechaninių savybių blogėjimą.

„Mūsų projekto tikslas yra sukurti naujus elektrai laidžius pluoštinius polimerinius kompozitus, kurie pasižymės puikiomis mechaninėmis savybėmis ir turės savidiagnostikos funkciją, kuri leis aptikti tokius pažeidimus be papildomai integruotų sensorių ar brangių bekontakčių prietaisų“, – teigia mokslininkė.

Minėti pažeidimai dažniausiai yra nematomi, todėl labai sunku numatyti reikiamą konstrukcijos techninio aptarnavimo intensyvumą, užtikrinantį tiek ekonomiškumą, tiek katastrofinio suirimo išvengiamumą. Tą galėtų išspręsti naujos, elektrai laidžios nano dalelės, kurias panaudoti užsibrėžta vieno iš projektų tikslo pasiekimui.

KTU laboratorijose – nauja nanomedžiaga

„Maksenas (angl. MXene) yra neseniai mūsų partnerių iš Drekselio universiteto (JAV) išrastos nano dalelės. Šis mokslinis atradimas labai svarbus, nes nauja medžiaga jau ankstyvosiose tyrimų stadijose pademonstravo puikias, technologiškai naudingas savybes. Maksenai – nauja metalų karbidų ir (arba) nitridų grupė, kuriai būdingas unikalus metalų elektrinio laidumo, hidrofilinio paviršiaus ir puikių mechaninių savybių derinys“, – apie naujas daleles pasakoja KTU mokslininkė D. Zeleniakienė.

Jos teigimu, tokios dalelės, įmaišytos į epoksidinę dervą, iš kurios įprastai gaminami kompozitai aviacijos, automobilių ir kitoms pramonėms, konstrukcijai suteiks ne tik puikų stiprumą ir ilgalaikiškumą, bet, įdiegus struktūrinės būklės stebėsenos priemones, galės pasitarnauti ir kaip savidiagnostinė priemonė defektų aptikimui.

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. Iššūkis, su kuriuo šiuo metu susiduria mokslininkai ir pramonė, yra gebėjimas identifikuoti naujos kartos tvarias, ekonomiškai efektyvias ir energiją tausojančias medžiagas, skirtas pažangiai gamybai ir kasdieniniam naudojimui.

KTU mokslininkų komandos 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.

Kuria „geriausią receptą“

KTU MIDF doktoranto Gedimino Monastyreckio teigimu, labai svarbu, kad technologinė pažanga būtų lydima ne tik ekonominės naudos, bet ir aplinkai draugiško požiūro. Dar vienas 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“, – sako doktorantas.

Projektai:

Daugiafunkciniai polimeriniai kompozitai su naujomis 2D nanodalelėmis pažangioms technologijoms (NANO2DAY). Šis projektas finansuojamas iš Europos Sąjungos mokslinių tyrimų ir inovacijų programos „Horizontas 2020“ pagal Marie Skłodowska-Curie veiklų sutartį Nr. 777810. Projekto pradžia 2018-05-01, pabaiga 2022-04-30. Biudžetas 1 246 500 EUR. Partneriai: Latvijos universitetas (LV), Danijos technologijos universitetas (DK), Liuleo technologijos universitetas (SE), įmonė Medžiagų tyrimų centras (UA), Polimerų institutas (Slovakijos mokslų akademija) (SK), UAB „Sportinė aviacija ir Ko” (LT), įmonė „Baltic Scientific Instruments” (LV), įmonė „SYNPO” (CZ), Drekselio universitetas (US) ir Baltarusijos valstybinis universitetas (BY). Internetinis puslapis http://nano2day.eu/

Nauji polimeriniai kompozitai su 2D nanodalelėmis (NANO2COM). Šis projektas įgyvendinamas pagal „M-era.Net“ mokslinių tyrimų programą, finansuojamas pagal sutartis: Nr. SM-ERA.NET-18-1 iš Lietuvos mokslo tarybos, Nr. 1.1.1.5/ERANET/18/02 iš Latvijos valstybinės švietimo plėtros agentūros ir Nr. M-ERANET-18 -414-Nano2Com iš Slovakijos mokslų akademijos. Projekto pradžia 2018-06-01, pabaiga 2021-05-31. Biudžetas 385 000 EUR. Akademiniai partneriai: Latvijos universitetas (LV) ir Polimerų institutas (Slovakijos mokslų akademija) (SK). Pramonės partneriai: UAB „Sportinė aviacija ir Ko” (LT), įmonė „Baltic Scientific Instruments” (LV), įmonė Medžiagų tyrimų centras (UA), įmonė VIPO a.s. Partizanske (SK), įmonė Pelegrin Ltd. (LV). Internetinis puslapis https://sites.google.com/site/projectnano2com/