カーボンファイバーは、その信じられないほどの軽さ、剛性、強度により多くの利点がありますが、最も夢のような素材でさえ欠点があります。
科学者たちは長い間、炭素繊維が高温で燃焼する傾向の問題を解決しようと試みてきましたが、現在、国際的な研究チームは、溶融塩の内部に形成される保護コーティングの形で、この問題に対する安価でスケーラブルな解決策を見つけました。
いくつかの点で、炭素繊維はすでに非常に耐熱性があり、800°Cまでの温度で空気中で安定した状態を保つことができます。これにより、自転車のフレームから車、医療機器、さらにはギターまで、あらゆる種類のアプリケーションに非常に適しています。
ただし、航空宇宙産業など、極端な温度にさらされると問題が発生する可能性があります。このような条件下では、酸素と反応して燃焼し、その結果、その構造、ひいてはその望ましい品質が急速に破壊されます。
科学者は過去に、より難燃性の炭素繊維を開発するために取り組んできましたが、これには、高価な機器、複雑な多段階プロセス、および予測できない化学反応の使用が必要でした。この新しい研究の著者は、溶融塩から始まる簡単で安価な解決策を考え出しました。
このプロセスは982°Cで行われ、塩の結晶が液化した後、チタンとクロムの粉末が混合物に追加されてから、最後の仕上げとして炭素繊維が追加されます。これは化学反応を引き起こし、溶融塩混合物中の材料の異なる挙動と反応のために、3つの別々の層で保護コーティングをもたらします。
「1つの状態で3つの層を形成できるレシピを見つけました」と研究者は言います。
性能は、コーティングされた炭素繊維が約1200°Cの温度や酸素-アセチレンバーナーなどの極端な条件にさらされ、炭素繊維がその構造を正常に保持する実験で評価されました。
炭化クロムと炭化チタンからなるコーティングは、単一のコーティングよりも優れた保護を提供することが見出された。
「私たちは、炭素繊維を酸素から分離できる表面層を追加して、高温でも燃焼しないようにしようとしています」と科学者たちは言います。 「炭素繊維は、布地や建物の一部、航空機、電子機器など、さまざまな方法で使用できますが、可燃性の場合、新たなリスクが発生し、これらの用途が大幅に制限されます。」
科学者たちは、彼らの新しいプロセスを高速でクリーンであると説明しており、産業用途に非常に適しています。この目標を追求するために、彼らは難燃性コーティングされた炭素繊維が従来の繊維とどのように比較され、極端な条件下でそれらの構造と特性をどれだけ長く保持するかを調べることを意図しています。
この研究は、全米科学アカデミーのジャーナルProceedingsに掲載されました。
2021-07-27 05:23:28
著者: Vitalii Babkin