놀라운 가벼움, 강성 및 강도를 지닌 탄소 섬유는 많은 장점이 있지만 가장 꿈꾸는 재료에도 단점이 있습니다.
과학자들은 탄소 섬유가 고온에서 타는 경향이 있다는 문제를 해결하기 위해 오랫동안 노력해 왔으며 이제 국제 연구팀은 용융 염 내부에 형성되는 보호 코팅의 형태로 이 문제에 대한 저렴하고 확장 가능한 솔루션을 찾았습니다.
어떤 면에서 탄소 섬유는 이미 내열성이 높으며 최대 800°C의 공기 중에서 안정적으로 유지될 수 있습니다. 따라서 자전거 프레임에서 자동차, 의료 장비 및 기타에 이르기까지 모든 종류의 응용 분야에 매우 적합합니다.
그러나 항공우주 산업과 같이 극한의 온도에 노출되면 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 조건에서 산소 및 화상과 반응하여 그 구조와 원하는 특성이 빠르게 파괴됩니다.
과학자들은 과거에 보다 난연성인 탄소 섬유를 개발하기 위해 노력해 왔지만 이를 위해서는 값비싼 장비, 복잡한 다단계 공정 및 예측할 수 없는 화학 반응이 필요했습니다. 이 새로운 연구의 저자들은 용융염으로 시작하는 간단하고 저렴한 솔루션을 생각해 냈습니다.
이 공정은 982℃에서 진행되며, 소금 결정이 액상화된 후 탄소 섬유를 마무리 터치로 첨가하기 전에 혼합물에 티타늄과 크롬 분말을 첨가한다. 이것은 용융염 혼합물에 있는 재료의 다른 거동과 반응으로 인해 3개의 개별 층이 있는 보호 코팅을 생성하는 화학 반응을 일으킵니다.
"우리는 한 상태에서 3개의 층을 형성할 수 있는 제조법을 찾았습니다."라고 연구원들은 말합니다.
성능은 코팅된 탄소 섬유가 약 1200°C의 온도와 산소-아세틸렌 버너를 포함하는 극한 조건에 노출된 실험에서 평가되었으며 탄소 섬유는 성공적으로 구조를 유지했습니다.
크롬 카바이드와 티타늄 카바이드로 구성된 코팅이 단일 코팅보다 더 큰 보호 기능을 제공하는 것으로 밝혀졌습니다.
"우리는 탄소 섬유를 산소와 분리할 수 있는 표면층을 추가하여 고온에서도 타지 않도록 하려고 합니다."라고 과학자들은 말합니다. "탄소 섬유는 직물과 건물의 일부, 항공기, 전자 장비 등 다양한 방식으로 사용될 수 있지만, 가연성인 경우 새로운 위험이 발생하고 이러한 응용 분야가 심각하게 제한됩니다."
과학자들은 새로운 공정이 빠르고 깨끗하여 산업용으로 적합하다고 설명합니다. 이 목표를 추구하기 위해 그들은 난연 코팅된 탄소 섬유가 기존 섬유와 어떻게 비교되고 극한 조건에서 구조와 특성을 얼마나 오래 유지하는지 알아내고자 합니다.
이번 연구는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences) 저널에 게재됐다.
2021-07-27 05:23:28
작가: Vitalii Babkin