Ученые предложили новый способ повысить прочность углеродных волокон

Специалисты из Райсовского университета предложили новый подход к повышению прочности углеродных волокон – материала, десятилетиями использующегося в различных сферах промышленности.

Исследователи выяснили, что полимерные цепи, составляющие стандартное углеродное волокно, подвержены смещению в процессе производства. Дефект, сравниваемый в статье ucla.edu с неисправной молнией, ослабляет готовый продукт. Борис Якобсон и его коллеги из Райсовского университета проанализировали эту проблему и предложили возможное решение. Свои выводы они опубликовали в Advanced Materials.

Команда разработала компьютерную модель, определяющую возникновение дефектов в самом широко используемом процессе производства материала, включающем нагрев полиакрилонитрила (ПАН). При 1500°С выжигается все, кроме прочно связанных углеродных атомов. Фактически, процесс превращает их в рудиментарные графеновые наноленты, расположение которых препятствует переходу в привычную для материала сотовую структуру.

На исследование Якобсона натолкнула статья о D-петлях в транскрипции РНК. Ученый понял, что аналогичные дефекты неизбежны в углеродных волокнах, сделанных из ПАН. Симуляция молекулярной динамики выявила фактор, заставляющий полимерные цепи формировать D-петли. Дефекты негативно влияют на прочность материала. Неожиданно для себя ученые также выяснили, что когда цепи ПАН не совпадают с осями волокон, этот показатель увеличивается, несмотря на наличие петель.

Авторы также предположили, что проблемы можно избежать, если в качестве сырья сразу использовать графеновые наноленты вместо ПАН. Уменьшение количества D-петель, согласно симуляциям, должно увеличить прочность волокон.