नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी और ह्यूस्टन यूनिवर्सिटी के इंजीनियरों की एक टीम ने हाल ही में घोषणा की है कि उन्होंने एक नई फाइबर-प्रबलित मिश्रित सामग्री विकसित की है जो संरचनात्मक क्षति के बाद 1,000 से अधिक बार खुद की मरम्मत कर सकती है। साथ ही, इसकी प्रारंभिक ताकत वर्तमान में विमान के पंखों और पवन टरबाइन ब्लेड जैसे प्रमुख घटकों को बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली पारंपरिक मिश्रित सामग्रियों की तुलना में काफी अधिक है। इसे शोधकर्ताओं द्वारा विभिन्न प्रमुख अनुप्रयोगों में "गेम चेंजर" के रूप में वर्णित किया गया है। अनुसंधान टीम का मानना है कि इस सामग्री से ऑटोमोबाइल, विमान, अंतरिक्ष यान और पवन टरबाइन जैसे प्रमुख उपकरणों की सेवा जीवन में उल्लेखनीय वृद्धि होने की उम्मीद है।
यह सफलता समग्र सामग्रियों में "प्रदूषण विफलता" की एक आम समस्या को लक्षित करती है - सेवा के दौरान, फाइबर-प्रबलित पॉलिमर (एफआरपी) के अंदर की परतदार संरचना धीरे-धीरे समय के साथ अलग हो जाएगी, जिससे दरार या यहां तक कि फ्रैक्चर हो जाएगा। नई सामग्री पारंपरिक एफआरपी के समान दिखती है, लेकिन संरचनात्मक डिजाइन में कठिन है और अधिक प्रभावी ढंग से प्रदूषण, दरार प्रसार और समग्र संरचनात्मक क्षति को रोक सकती है।
रिपोर्टों के अनुसार, शोधकर्ताओं ने मिश्रित सामग्री की परतों के बीच एक विशिष्ट पैटर्न के साथ थर्मोप्लास्टिक "सेल्फ-हीलिंग एजेंट" की एक मध्यवर्ती परत को एम्बेड करने के लिए त्रि-आयामी मुद्रण तकनीक का उपयोग किया, जिससे महत्वपूर्ण रूप से संवर्धित एंटी-डीलेमिनेशन क्षमताओं को प्राप्त किया गया। यह मध्यवर्ती परत पॉली (एथिलीन-सह-मेथैक्रेलिक एसिड) (ईएमएए) से बनी है, जो सामान्य एफआरपी की तुलना में सामग्री के प्रदूषण क्षति के प्रतिरोध को लगभग 2 से 4 गुना बढ़ा देती है, जिससे दरार निर्माण और संरचनात्मक क्षति में काफी कमी आती है।
स्व-उपचार एजेंट मध्य परत के अलावा, सामग्री के अंदर एक कार्बन-आधारित हीटिंग परत भी एकीकृत होती है। इस डिज़ाइन को एक और प्रमुख नवाचार माना जाता है। जब बाहरी धारा लागू की जाती है, तो ये हीटिंग परतें गर्म हो जाएंगी और ईएमएए मध्य परत को पिघला देंगी, जिससे यह छोटी दरारों में प्रवाहित होगी, क्षतिग्रस्त इंटरफेस को फिर से भरेगी और "वेल्ड" करेगी, और तथाकथित "थर्मल रिमेंडिंग" प्रक्रिया को पूरा करेगी। तंत्र की उत्पत्ति पॉलिमर श्रृंखलाओं के पुन: उलझाव और पुनर्निर्माण से होती है।
इस नई सामग्री की स्व-उपचार क्षमता को सत्यापित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने नमूनों में लगभग दो इंच लंबाई के तन्य भार और कृत्रिम रूप से निर्मित प्रदूषण दोषों को लागू करके वास्तविक सेवा वातावरण का अनुकरण किया। इसके बाद, टीम ने स्व-उपचार प्रक्रिया को कई बार सक्रिय किया और बार-बार क्षति और मरम्मत की स्थिति के तहत सामग्री की संरचनात्मक अखंडता रखरखाव का मूल्यांकन करने के लिए कुल 1,000 चक्रों के लिए 40 दिनों तक इस लोडिंग-क्षति-मरम्मत परीक्षण को दोहराया।
प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि सामग्री कई क्षति-स्व-उपचार चक्रों के बाद भी आंतरिक क्षति को प्रभावी ढंग से ठीक कर सकती है और स्पष्ट संरचनात्मक गिरावट के बिना उच्च कठोरता बनाए रख सकती है। इसके आधार पर, अनुसंधान टीम ने निर्णय लिया कि यदि इस सामग्री को एयरोस्पेस, नवीकरणीय ऊर्जा और ऑटोमोबाइल जैसे उद्योगों में बड़े पैमाने पर अपनाया जाता है, तो प्रमुख घटकों की सेवा जीवन वर्तमान सामान्य दशकों से सैकड़ों वर्षों तक बढ़ने की उम्मीद है।
पेपर के पहले लेखक जैक टूरिसक ने कहा कि पारंपरिक मिश्रित सामग्रियों की तुलना में, यह नई सामग्री शुरू से ही मजबूत है और कम से कम 500 क्षति-मरम्मत चक्रों के दौरान संरचनात्मक क्षति का बेहतर सामना कर सकती है। यद्यपि मरम्मत की संख्या बढ़ने पर सामग्री की कठोरता धीरे-धीरे कम हो जाएगी, यह क्षय प्रक्रिया बहुत धीमी है, जो सैद्धांतिक रूप से संबंधित भागों के उपयोगी जीवन को लगभग 500 वर्षों तक बढ़ा सकती है, जबकि पारंपरिक एफआरपी मिश्रित सामग्रियों का सामान्य जीवन ज्यादातर केवल 15 से 40 वर्ष है।
शोधकर्ताओं ने बताया कि यदि इस सामग्री का उपयोग इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में किया जा सकता है, तो यह प्रमुख घटकों के जीवन को बढ़ाकर और प्रतिस्थापन आवृत्ति को कम करके संचालन और रखरखाव लागत को कम करने में मदद करेगा। यह विनिर्माण और प्रतिस्थापन आवश्यकताओं को कम करके ऊर्जा की खपत और औद्योगिक ठोस अपशिष्ट उत्सर्जन को भी कम करेगा, जिसका औद्योगिक अपशिष्ट प्रबंधन और पर्यावरण संरक्षण के लिए सकारात्मक महत्व होगा। हालाँकि, उन्होंने इस बात पर भी जोर दिया कि वर्तमान परीक्षण अभी भी मुख्य रूप से प्रयोगशाला वातावरण में आयोजित किए जाते हैं, और सामग्रियों को वास्तविक कामकाजी परिस्थितियों में दीर्घकालिक परीक्षण से गुजरना पड़ता है, इससे पहले कि उन्हें वास्तव में परिपक्व और विश्वसनीय इंजीनियरिंग समाधान माना जा सके।