Ин таҳқиқот композити сандвичии бисёрҷузъиро таҳия кардааст, ки гели ғафсшаванда аз буришро, ки зери зарба сахт шуда метавонад, бо нахи карбон ва скелети ҳуҷайравии сеандозаи дорои коэффисиенти манфии Пуассон муттаҳид мекунад. Гели ғафсшаванда аз буриш, ки ҷузъи нарми ядрои система аст, дар суръатҳои пасти боргузорӣ метавонад шакл тағйир диҳад; дар суръатҳои баланд бошад рафтори чандиртар ва муқовимтар нишон медиҳад. Муҳаққиқон барои коҳиш додани мушкилоти ҷорӣшавии пастсуръат ва қобилияти маҳдуди борбардории гел аз нахҳои кӯтоҳи карбонӣ истифода бурданд, ки сатҳашон бо полидопамин пӯшонида шуда буд, ва композити ҳосилшударо дар дохили скелети дорои коэффисиенти манфии Пуассон, ки бо чопи сеандоза истеҳсол шудааст, ҷойгир карданд.

Пӯшонидани нахҳои карбон бо полидопамин дар сатҳ қабати ноҳамвортар ва заррачадор ба вуҷуд овардааст. Арзёбӣ шудааст, ки ин қабат таршавандагӣ ва интиқоли шиддатро байни нахи карбон ва гел беҳтар мекунад. Дар байни таносубҳои гуногуни нах, 2CFP-STG, ки аз рӯи масса %2 CF@PDA дошт, баландтарин модули нигоҳдориро дар басомади паст нишон дод. Дар 0,01 Hz модули нигоҳдорӣ ба 0,186 MPa расид; ин нисбат ба 0,0162 MPa-и гели беилова тақрибан %1.048 афзоиш мебошад.

Дар ядроҳои бо чопи сеандоза сохташуда ду геометрияи гуногун муқоиса шуданд. Ҳуҷайраҳои NPR-и дорои коэффисиенти манфии Пуассон, яъне ауксетикӣ, ҳангоми фишурдан аз паҳлӯ ба дарун танг мешаванд ва маводи пуркунандаро ба минтақаи зарба мефишоранд. Ҳуҷайраҳои назоратии PPR-и дорои коэффисиенти мусбати Пуассон бошанд ба таври анъанавӣ аз паҳлӯ васеъ мешаванд. Дар деформатсияи фишурдашавии %5,32 шиддати ҳуҷайраи NPR-2CFP-STG 0,151 MPa ва шиддати ҳуҷайраи PPR-2CFP-STG 0,067 MPa чен шудааст. Ҳамин тавр, системаи NPR дар ҳамон деформатсия тақрибан 2,25 маротиба бештар бор бардоштааст.

Дар озмоиши вазни афтанда бо 10 J, NPR-2CFP-STG нисбат ба ҳамтои PPR қувваи вокуниши баландтар ва фурӯравии камтар нишон дод. Қувваи қулла аз 1.861,1 N ба 3.122,9 N афзуд, ҷойивазкунии максималӣ аз 8,83 mm ба 5,98 mm ва давомнокии тамос аз 14,70 ms ба 9,83 ms кам шуд. Дар муқобил, арзиши намоёни хомӯшкунии энергия барои намунаи PPR 8,44 J ва самаранокӣ %85,21; барои намунаи NPR бошад мутаносибан 8,32 J ва %78,94 буд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки NPR на ҳатман аз ҳисоби масрафи бештари энергия, балки бо таъмин кардани такягоҳи сохтории баландтар фурӯравӣ ва воридшавии маҳаллиро маҳдуд мекунад.

Дар зери зарбаи 30 J фарқи осеб байни ду геометрия равшантар шуд. Ҷойивазкунии сабтшуда дар PPR-2CFP-STG ба 41,21 mm расид ва намунаи тақрибан 27 mm ғафсӣ пурра ба ду қисм ҷудо шуд. Дар NPR-2CFP-STG ҷойивазкунӣ дар 23,43 mm монд; гарчанде дар ядро тарқиш ба вуҷуд омад, композит тамомияти умумии худро нигоҳ дошт. Пас аз се зарбаи пайдарпайи 10 J ба як нуқта, системаи NPR арзиши намоёни хомӯшкунии энергияро дар доираи 7,97–8,34 J нигоҳ дошт, аммо паст шудани қувваи қулла ва зиёд шудани ҷойивазкунӣ дар зарбаи сеюм оғози аз даст рафтани сахтиро нишон дод.

Хулосаи асосии таҳқиқот ин аст, ки нахи карбонии бо полидопамин пӯшидашуда рафтори борбардории гелро беҳтар мекунад; скелети дорои коэффисиенти манфии Пуассон бошад дар зарба аз ҷиҳати фишурдашавии геометрӣ, маҳдуд кардани ҷойивазкунӣ ва ба таъхир андохтани осеб нақши ҳалкунанда дорад. Бо вуҷуди ин, қувваи қуллаи баланд дар ҳар як барномаи муҳофизатӣ натиҷаи матлуб нест. Система бештар барои барномаҳое мувофиқ менамояд, ки ба ҷои изолятсияи қувва муқовимат ба сӯрохшавӣ, такягоҳи сатҳӣ ва ҷойивазкунии маҳдуд талаб мекунанд.

Аз нигоҳи Туркия: Ин равиш барои таҳияи ҷузъҳои ҳавонавардӣ ва кайҳонӣ, корпусҳои батареяи автомобилӣ, панелҳои системаҳои роҳи оҳан, муҳофизҳои мошинҳои саноатӣ, бастабандии таҷҳизоти ҳассос ва композитҳои сабуки ба зарба тобовар дар Туркия арзиши таҳқиқотӣ дорад. Барои татбиқ дар Туркия бозистеҳсол бо қатрон, нахи карбон ва маводи истеҳсоли иловагии маҳаллӣ; муқоисаҳои NPR-PPR бо масса ва зичии нисбии ҳуҷайраҳои баробар; шароити гуногуни ҳарорат ва намӣ; пиршавӣ, хастагӣ ва зарбаи бисёрнуқтаӣ; намунаҳои калонтар; моделсозии унсурҳои ниҳоӣ ва такрорҳои мустақили лабораторӣ заруранд. Аз ин таҳқиқот наметавон хулосаи мустақим дар бораи муҳофизати баллистикӣ, бехатарии таркиш, бехатар будани қувваи интиқолёбанда ба бадани инсон, мувофиқ будани арзиши истеҳсоли силсилавӣ ё сертификатсия дар қисмҳои воқеии ҳавопаймо ва нақлиёт баровард.

Гели ғафсшаванда аз буриш чист?

Гели ғафсшаванда аз буриш маводи нармест, ки рафтори механикии худро вобаста ба суръати деформатсияи татбиқшаванда тағйир медиҳад. Дар суръатҳои пасти боргузорӣ метавонад мисли сохтори моеъ ё чандир рафтор кунад, аммо зери фишурдан, кашиш ё буриши баландсуръат муқовимати дохилии он зуд меафзояд. Аз ин рӯ, мавод дар истифодаи муқаррарӣ мутобиқ ва шаклпазир буда, ҳангоми зарбаи ногаҳонӣ метавонад вокуниши сахттар диҳад.

Дар таҳқиқот STG бо омехтани равғани силиконии диметилӣ ва кислотаи борӣ бо таносуби массаи 10:1 ва ба реаксия дар 240 °C даровардан омода карда шудааст. Дар ин система гумон меравад, ки байни атомҳои бор ва гурӯҳҳои дорои оксиген дар занҷирҳои равғани силикон пайвандҳои динамикӣ ба вуҷуд меоянд. Пайвандҳо дар деформатсияи суст метавонанд ҷудо ва дубора ташкил шаванд, дар ҳоле ки дар боргузории тез ҳаракати занҷирҳои молекулавӣ маҳдуд шуда, муваққатан шабакаи сахттар ба вуҷуд меояд.

STG танҳо ду маҳдудияти асосӣ дорад:

• Дар суръатҳои паст бо мурури вақт ҷорӣ шудан ва шакли худро нигоҳ дошта натавонистан.
• Дар сохтори сандвичӣ борҳои баланди сохториро танҳо бардошта натавонистан.

Муҳаққиқон ҳадаф гузоштаанд, ки мушкили аввалро бо тақвияти нахи карбон ва мушкили дуюмро бо истифодаи скелети ҳуҷайравии сеандоза коҳиш диҳанд.

Чаро нахи карбон бо полидопамин пӯшонида шудааст?

Нахи карбон аз сабаби модули баланди чандирӣ, устувории баланд ва зичии паст дар тақвияти композитҳо васеъ истифода мешавад. Аммо сатҳи нахи карбон аз ҷиҳати химиявӣ нисбатан камфаъол аст. Агар байни нах ва гели нарм таъсири кофии интерфейсӣ ба вуҷуд наояд, интиқоли бор аз матритса ба нах маҳдуд шуда, нахҳо метавонанд иқтидори воқеии тақвиятии худро пурра нишон надиҳанд.

Полидопамин маводи часпаки пӯшишист, ки аз сохторҳои химиявие илҳом гирифта шудааст, ки ба мидияҳо имкон медиҳанд ба сатҳҳо часпанд, ва метавонад дар рӯи маводи гуногун таҳшин шавад. Ба шарофати гурӯҳҳои катехол, амин ва дигар гурӯҳҳои қутбӣ метавонад сатҳи нахи карбонро фаъолтар гардонад.

Нахҳои кӯтоҳи карбонии истифодашуда дар таҳқиқот:

• Дарозӣ 1 mm,
• Диаметр 7 µm,
• Синфи маҳсулот Toray T700.

Дар раванди пӯшиш нахҳои карбон дар маҳлули буферии Tris-HCl барои 10 дақиқа паҳн карда шуданд. Баъд маҳлули допамин қатра-қатра илова шуда, бо 2 mL маҳлули NaOH бо консентратсияи 0,5 mol/L муҳити ишқорӣ омода ва омехта 24 соат омехта шуд. Нахи карбонии бо полидопамин пӯшидашуда “CF@PDA” ё кӯтоҳ “CFP” номида шудааст.

Дар матн pH-и маҳлул 8 гуфта шудааст, дар ҳоле ки дар схемаи омодасозии Шакли 3 дар саҳифаи 7 pH 8,5 навишта шудааст. Илова бар ин, консентратсияҳои маҳлулҳои допамин ва Tris-HCl гузориш нашудаанд. Ин ду камбудӣ такрор кардани ҳамон ғафсии пӯшишро дар лабораторияи дигар душвор мегардонад.

Тасвирҳои SEM чиро нишон медиҳанд?

Шакли 3(b) дар саҳифаи 7-и таҳқиқот нахи карбонии коркарднашуда ва нахи бо полидопамин пӯшидашударо муқоиса мекунад. Дар сатҳи нахи коркарднашуда ҷӯякҳои ҳамворе дида мешаванд, ки ба самти истеҳсол параллеланд. Пас аз пӯшиш сатҳ ноҳамвортар шуда, бо қабати зичи заррачадор пӯшонида шудааст.

Ин тасвирҳо ташаккули қабати полидопаминро дастгирӣ мекунанд. Афзоиши ноҳамвории сатҳ метавонад байни гел ва нах майдони бештари часпиши механикӣ таъмин кунад. Аммо дар таҳқиқот:

• Ғафсии пӯшиш,
• Кунҷи тамоси сатҳ,
• XPS барои химияи сатҳ,
• Устувории буриши интерфейси нах-гел,
• Устувории пӯшиш зери боргузории даврӣ

бевосита чен карда нашудаанд. Аз ин рӯ, хулосаи “мустаҳкам шудани пайвастшавии интерфейс” ба тафсири якҷояи тасвирҳои сатҳӣ ва натиҷаҳои макроскопии реология ва фишурдашавӣ такя мекунад.

Композитҳои CFP-STG чӣ гуна омода шудаанд?

Нахҳои пӯшонидашуда ба STG бо истифода аз омехтакунандаи дуғалта паҳн карда шуданд. Композитҳо ба шакли XCFP-STG номгузорӣ шуда, X фоизи массаи иловаи нахи карбонро нишон медод. Таносубҳои омӯхташуда:

• 1CFP-STG: %1 CF@PDA аз рӯи масса,
• 2CFP-STG: %2 CF@PDA аз рӯи масса,
• 4CFP-STG: %4 CF@PDA аз рӯи масса,
• 6CFP-STG: %6 CF@PDA аз рӯи масса.

Дар матни асосӣ ба таври равшан муайян нашудааст, ки фоизи илова танҳо нисбат ба массаи STG ҳисоб шудааст ё нисбат ба массаи умумии композит. Давомнокии омехтакунии дуғалта, суръати ғалтакҳо, фосилаи ғалтакҳо ва ҳарорат низ дода нашудаанд.

Рафтори STG вобаста ба басомад

Шакли 3(c) дар саҳифаи 7 модули нигоҳдории G′ ва модули талафоти G″-и STG-ро дар доираи басомади 0,01–100 Hz нишон медиҳад.

• Модули нигоҳдорӣ G′: Энергияи ба таври чандир нигоҳдоштаи мавод ва рафтори ба ҷисми сахт монандро ифода мекунад.
• Модули талафот G″: Энергияи тавассути ҷараёни часпак ва соиши дохилӣ сарфшударо ифода мекунад.

Бо афзоиши басомад модули нигоҳдории STG зиёд шуд. Тақрибан аз 3 Hz боло G′ аз G″ гузашт ва мавод аз ҳолате, ки рафтори часпак бартарӣ дошт, ба ҳолате гузашт, ки рафтори чандир бартарӣ дошт.

Намоиши макроскопии Шакли 3(d) низ ин вобастагии суръатро нишон медиҳад. Ҳангоми оҳиста кашидан мавод метавонад ба шакли тасмаи дароз дароз шавад, аммо ҳангоми зуд кашидан осонтар мешиканад. Ин мушоҳида нишон медиҳад, ки шабакаи молекулавӣ ҳангоми деформатсияи тез барои азнавташкилшавӣ вақти кофӣ надорад.

Миқдори нахи карбон модули нигоҳдориро чӣ гуна тағйир додааст?

Шакли 4 дар саҳифаи 8 модулҳои нигоҳдории STG-и беилова ва чор композити CFP-STG-ро муқоиса мекунад. Ҳамаи намунаҳои дорои нахи карбон дар тамоми доираи басомади таҳқиқшуда модули нигоҳдории баландтар аз гели беилова нишон додаанд.

Тағйирот дар басомади паст хаттӣ набуд. На таносуби баландтарини нах, балки 2CFP-STG бо %2 илова баландтарин модули басомади пастро дод.

Рафтори басомади паст бо қобилияти мавод барои нигоҳ доштани шакл зери бори дарозмуддат ё суст алоқаманд аст. Модули баландтар нишон додани 2CFP-STG дар ин минтақа нишон медиҳад, ки нахҳо шабакаи самараноки тақвиятӣ ташкил кардаанд.

Гарчанде иловаҳои %4 ва %6 дар басомадҳои миёна ва баланд модулҳои баландтар ба вуҷуд оварданд, фоидаи басомади паст ба ҳамон шакл идома наёфт. Муҳаққиқон инро бо душвор шудани паҳншавӣ дар миқдори зиёди нах, гурӯҳбандии нахҳо ё коҳиши самаранокии шабакаи муассир шарҳ медиҳанд. Аммо тасвиркунии сеандозаи тақсимоти нах ё таҳлили андозаи агломерат гузаронида нашудааст.

Дар рафтори фишурдашавӣ кадом таносуби нах қавитар аст?

Шакли 5 дар саҳифаи 9 каҷҳои шиддат-деформатсияи таносубҳои гуногуни нахро дар суръати фишурдани 100 mm/дақиқа нишон медиҳад. Ҳамаи намунаҳои CFP-STG аз гели беилова шиддати баландтар бардоштаанд.

Бо афзоиши таносуби нах аз %1 то %6 шиддати фишурдашавӣ умуман зиёд шуда, намунаҳои дорои %4 ва %6 дар қисми зиёди доираи деформатсия баландтарин арзишҳоро нишон доданд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки баландтарин устувории басомади паст ва баландтарин устувории кӯтоҳмуддати фишурдашавӣ дар як формула ба вуҷуд наомадаанд:

• 2CFP-STG дар устувории шакл дар басомади паст бартарӣ дошт.
• 4CFP-STG ва 6CFP-STG дар бардоштани бори фишурдашавӣ арзишҳои баландтар доданд.

Муҳаққиқон барои озмоишҳои сохтори сандвичӣ 2CFP-STG-ро интихоб карданд. Ба назар мерасад, интихоб бар тавозуни модули басомади паст, муқовимат ба ҷараёни суст ва қобилияти ворид шудан ба холигиҳои ҳуҷайра дар давоми 24–48 соат асос ёфтааст. Аммо азбаски ҳамаи таносубҳои нах дар озмоишҳои зарбаи сандвичӣ муқоиса нашудаанд, исбот нашудааст, ки %2 барои иҷрои умумии зарба оптимуми қатъӣ аст.

Суръати боргузорӣ ба рафтори фишурдашавӣ чӣ гуна таъсир кардааст?

Дар Шакли 6-и саҳифаи 10, STG ва 2CFP-STG дар суръатҳои фишурдани 50, 100 ва 200 mm/дақиқа муқоиса шудаанд. Дар ҳар ду мавод бо афзоиши суръати фишурдан шиддат дар ҳамон деформатсия зиёд шудааст.

2CFP-STG дар ҳама суръатҳо шиддати баландтар аз STG-и беилова бардоштааст. Ҳамин тавр, тақвияти нахи карбон қобилияти борбардориро на танҳо дар як суръати боргузорӣ, балки дар ҳамаи суръатҳои таҳқиқшуда беҳтар кардааст.

Бо вуҷуди ин, 200 mm/дақиқа ҳанӯз ҳам метавонад аз суръатҳои маҳаллии деформатсия дар зарбаи воқеӣ хеле паст бошад. Ин озмоишҳои фишурдашавӣ ҳассосияти суръатро нишон медиҳанд, вале қонуни пурраи динамикии маводро ҳангоми вазни афтанда намедиҳанд.

Коэффисиенти манфии Пуассон чист?

Маводи анъанавӣ ҳангоми фишурдан дар самти амудӣ ба паҳлӯ васеъ мешавад. Ин рафтор бо коэффисиенти мусбати Пуассон ифода карда мешавад. Сохтори ҳуҷайравии дорои коэффисиенти манфии Пуассон ё “ауксетикӣ” бошад, ҳангоми амудан фишурдан метавонад дар самти паҳлӯ низ ба дарун танг шавад.

Шакли 1 дар саҳифаи 5-и таҳқиқот нишон медиҳад, ки як ҳуҷайраи дарунрафта бо гардиш ба сохтори ҳуҷайравии сеандоза табдил дода мешавад. Шакли 2 бошад ҳуҷайраи NPR-ро бо ҳуҷайраи назоратии PPR муқоиса мекунад.

Таъсирҳои интизории рафтори NPR дар муҳофизати зарба чунинанд:

• Тангшавии паҳлӯӣ ба самти минтақаи зарба.
• Фишурдани маҳаллии пуркунандаи гел.
• Интиқоли бори зарба ба минтақаи васеътари скелет.
• Маҳдуд кардани фурӯравӣ ва воридшавӣ.
• Деформатсияи муштарак байни ҳуҷайра ва пуркунанда.

Ядроҳои NPR ва PPR чӣ гуна истеҳсол шудаанд?

Сохтори NPR аз 6×6 ҳуҷайра дар ҳамворӣ ва се қабат дар самти ғафсӣ иборат буд. Дар сохтори PPR кунҷи ҳуҷайра аз 60° ба 120° тағйир дода шуд. Азбаски тағйири кунҷ андозаи берунии умумиро калон мекунад, намунаи PPR бо тартиби 5×5×3 ҳуҷайра омода шуд.

Ҳар ду скелет аз нейлони Future 7500 бо усули синтеркунии интихобии лазерӣ истеҳсол шуданд. 2CFP-STG ба болои скелет ҷойгир шуда, бо истифода аз ҷараёни сусти он 24–48 соат барои ворид шудан ба холигиҳо интизор шуданд. Ба сатҳҳои болоӣ ва поёнӣ лавҳаҳои полимерии бо нахи карбон тақвиятёфта бо ғафсии 1 mm часпонда шуда, намунаҳои сандвичӣ ҳосил шуданд.

Дарозии дақиқи ҳуҷайраҳо, ғафсии сутунчаҳо, андозаҳои берунӣ ва зичиҳои нисбӣ дар Шакли S7 ва Ҷадвали S1 дода шудаанд, ки дар файли боршуда мавҷуд нестанд. Илова бар ин, барои NPR ва PPR:

• Массаи умумӣ,
• Ҳаҷми нейлон,
• Миқдори пуркунанда,
• Зичии нисбӣ,
• Масоҳати умумии пайвастшуда ба лавҳаи рӯй

баробар карда шуда буданд ё не, гузориш нашудааст. Аз ин рӯ, дар муқоиса на танҳо коэффисиенти Пуассон, балки шумораи ҳуҷайраҳо ва тақсимоти мавод низ метавонанд таъсир расонанд.

Рафтори фишурдашавии ҳуҷайраҳои пуршуда ва холӣ

Шакли 7 дар саҳифаи 11 2CFP-STG-и беқоб, ҳуҷайраҳои бараҳнаи NPR ва PPR ва ҳуҷайраҳои NPR ва PPR-и бо гел пуршударо муқоиса мекунад.

Танҳо 2CFP-STG пасттарин шиддатро бардоштааст. Скелетҳои ҳуҷайравии бараҳна сахтии баландтар нишон додаанд. Сохторҳои пуршуда аз гел қавитар, вале аз ҳуҷайраҳои бараҳнаи мувофиқ рафтори шиддати пасттар нишон додаанд.

Дар деформатсияи %5,32:

Дар деформатсияҳои хеле паст сохторҳои асосёфта ба PPR каме шиддати баландтар нишон доданд. Бо афзоиши деформатсия ҳуҷайраҳои NPR аз ҳуҷайраҳои PPR гузаштанд ва фарқ тадриҷан калон шуд. Ин тамоюл нишон медиҳад, ки ҳуҷайраи NPR на дар лаҳзаи тамоси аввал, балки дар марҳилаи минбаъдаи фишурдашавӣ маҳдудияти геометрии муассиртар ба вуҷуд меорад.

Аз он ки ҳуҷайраҳои пуршуда аз скелетҳои бараҳна шиддати пасттар бардоштанд, бармеояд, ки пуркунанда сахтии статикиро мустақиман зиёд накардааст. Ба гуфтаи таҳқиқот, гел асосан дар деформатсияи маҳаллӣ иштирок карда, интиқоли бор байни ҳуҷайраҳоро тағйир медиҳад ва дар боргузории динамикӣ хомӯшкунии вобаста ба суръатро таъмин мекунад.

Озмоиши вазни афтанда чӣ гуна гузаронида шуд?

Озмоишҳои зарба бо дастгоҳи Instron 9350 анҷом дода шуданд. Шартҳои асосии озмоиш чунинанд:

Дар таҳқиқот каҷҳои қувва-вақт ва қувва-ҷойивазкунӣ сабт шуданд. Энергияи намоёни хомӯшшуда аз каҷи қувва-ҷойивазкунӣ ҳисоб шуда, самаранокии намоёни азхудкунии энергия чунин таъриф гардид:

\[ \eta_{\mathrm{app}} = \frac{E_{\mathrm{diss}}} {E_{\mathrm{imp,act}}} \times 100\% \]

Дар ин ҷо \(E_{\mathrm{diss}}\) энергияи намоёни хомӯшшударо, ки аз каҷ ҳисоб шудааст, ва \(E_{\mathrm{imp,act}}\) энергияи воқеии воридшавандаи зарбаро, ки аз маълумоти дастгоҳ гирифта шудааст, ифода мекунад.

Истифодаи махсуси истилоҳи “намоён” аз ҷониби муҳаққиқон муҳим аст. Арзиши ҳисобшуда энергияи дар композит тавассути гармӣ, тарқиш ва талафоти часпак масрафшударо пурра аз ҳам ҷудо намекунад; он нишондиҳандаи ҷамъбастиест, ки аз рафтори ченшудаи қувва-ҷойивазкунии зарбазан гирифта шудааст.

Таъсири иловаи нахи карбон дар зарбаи 10 J

Шакли 8(a-b) дар саҳифаи 12 ядроҳои STG-и беилова ва 2CFP-STG-ро дар сандвичҳои бескелет муқоиса мекунад.

Иловаи нахи карбон қувваи қулларо тақрибан %4 зиёд ва ҷойивазкунии максималиро тақрибан %6,7 кам кард. Пас, таъсири тақвияти CF@PDA худ аз худ ченшаванда аст, аммо аз тағйироте, ки скелети ҳуҷайравӣ ба вуҷуд овардааст, хеле хурдтар мебошад.

Таъсири скелети NPR дар зарбаи 10 J

Ҳангоми муқоисаи сандвичи STG-и бескелет бо NPR-STG қувваи қулла аз 1.579,6 N ба 3.034,3 N зиёд ва ҷойивазкунии максималӣ аз 12,52 mm ба 6,42 mm кам шудааст.

Ҳангоми муқоисаи 2CFP-STG-и бескелет бо NPR-2CFP-STG бошад, қувваи қулла аз 1.642,7 N ба 3.122,9 N зиёд ва ҷойивазкунии максималӣ аз 11,68 mm ба 5,98 mm кам шудааст.

Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки унсури асосии маҳдудкунандаи ҷойивазкунӣ ҳангоми зарба бештар скелети NPR аст, на иловаи нахи карбон. Иловаи нахи карбон қобилияти такягоҳи ядроиро беҳтар мекунад, дар ҳоле ки сохтори ҳуҷайравӣ борро мебардорад ва ҳаракати паҳлӯии пуркунандаро маҳдуд мекунад.

Муқоисаи сохторҳои NPR ва PPR дар 10 J

Шакли 9 дар саҳифаҳои 13–14 ду геометрияи ҳуҷайраро бо як пуркунандаи 2CFP-STG ва як энергияи номиналии зарба муқоиса мекунад.

Сохтори NPR тақрибан %67,8 қувваи қуллаи баландтар ба вуҷуд оварда, ҷойивазкунии максималиро тақрибан %32,3 кам кардааст. Ин нишон медиҳад, ки он ба зарбазан барвақттар ва қавитар вокуниш додааст.

Сохтори PPR бошад дар масофаи ҳаракат ва вақти тамоси тӯлонитар каме бештар энергияи намоёнро хомӯш кардааст. Ду сохтор стратегияҳои гуногуни муҳофизатро ифода мекунанд:

• NPR: Такягоҳи баланд, фурӯравии кам, маҳдуд кардани воридшавии маҳаллӣ.
• PPR: Масрафи энергия тавассути деформатсияи калонтар.

Агар меъёри муҳофизат танҳо “энергияи азхудшуда” бошад, PPR дар натиҷаи 10 J бартарии хурд дорад. Агар меъёр маҳдуд кардани ҳаракати сатҳи пушт, сӯрохшавӣ ё наздикшавӣ ба ҷузъи ҳассос дар холигии дохилӣ бошад, NPR бартаритар аст.

Чаро қувваи қуллаи баланд ҳамеша бартарӣ нест?

Муқовимати панел ба зарбазан бо қувваи баланд метавонад сӯрохшавӣ ва масофаи фурӯравиро кам кунад. Аммо ҳамин қувваи баланд метавонад ба такягоҳ, дастгоҳ ё шахси паси панел шитоби баландтар интиқол диҳад.

Дар ин таҳқиқот қувваи сатҳи пушт, реаксияи такягоҳ, шитоби объекти муҳофизатшаванда ё бехатарии инсон чен нашудааст. Аз ин рӯ, барои NPR-2CFP-STG ифодаи дақиқтар “қобилияти баландтари борбардорӣ ва маҳдуд кардани ҷойивазкунӣ” мебошад. Ифодаи “изолятсияи беҳтари зарба дар ҳама ҳолатҳо” аз ҷониби таҳқиқот дастгирӣ намешавад.

Натиҷаҳои зарбаи 20 J

Шаклҳои 10 ва 11 дар саҳифаҳои 14–15 қувва, ҷойивазкунӣ ва осебро ҳангоми баланд шудани энергияи зарба ба 20 J нишон медиҳанд.

Сохтори NPR ҷойивазкунии максималиро тақрибан %16 кам кардааст. Пас аз зарба ядрои NPR нисбатан якпорча монда, дар ядрои PPR тарқишҳои равшантар ва баромадани мавод ба самти канорҳо дида шудааст.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки ҳуҷайраҳои NPR на танҳо дар энергияи паст сахтӣ медиҳанд, балки бо зиёд шудани энергияи зарба пешрафти осеби ядроиро низ ба таъхир меандозанд.

Натиҷаҳои зарбаи 30 J

Ҳаракати 41,21 mm-и намунаи PPR аз ғафсии ибтидоии тақрибан 27 mm зиёд шудааст. Муҳаққиқон ин натиҷаро на фишурдашавии оддӣ, балки воридшавии маҳаллӣ ё шикасти пурраи сохторӣ шарҳ медиҳанд.

Дар намунаи NPR низ тарқишҳои ҷиддии ядро ба вуҷуд омадаанд. Аммо сатҳҳо ва ядро пурра ҷудо нашуда, сохтори сандвичӣ якпорча боқӣ мондааст. Ҷойивазкунии NPR нисбат ба PPR тақрибан %43 камтар будааст.

Қуллаи дугона дар каҷҳои 30 J ба ду марҳилаи зерин вобаста карда шудааст:

1. Борбардории аввали лавҳаи рӯйи боло, скелети ҳуҷайравӣ ва пуркунанда.
2. Пас аз фурӯравӣ ё воридшавии минбаъда, тамоси дуюми зарбазан бо ядрои фишурдашуда ё лавҳаи рӯйи поён.

Ин механизм бо каҷҳои қувва ва аксҳои осеби ниҳоӣ мувофиқ аст. Аммо азбаски камераи баландсуръат, тасвиркунии буришӣ ё таҳлили тамоси дохили дастгоҳ анҷом дода нашудааст, манбаи дақиқи қуллаи дуюм бевосита чен нашудааст.

Рафтори зарбаи такрорӣ

Дар Шакли 12-и саҳифаи 16 ба ҳамон нуқтаи як намунаи NPR-2CFP-STG се зарбаи пайдарпайи 10 J дода шудааст.

Сатҳҳои қувваи зарбаи якум ва дуюм ба ҳам наздик монданд. Дар зарбаи сеюм паст шудани қувваи қулла ва зиёд шудани фурӯравӣ ва вақти тамос нишон медиҳанд, ки сохтор сахтиро аз даст додан оғоз кардааст.

Дар се зарба энергияи намоёни хомӯшшуда дар 7,97–8,34 J ва самаранокии намоёни азхудкунии энергия дар %74,70–%78,93 боқӣ монд. Ҳамин тавр, сохтор сарфи назар аз ҷамъшавии осеб қисми зиёди қобилияти масрафи энергияро нигоҳ дошт.

Каҷи қувваи зарбаи аввал бештар ларзиш нишон дод, дар ҳоле ки каҷҳои баъдӣ ҳамвортар шуданд. Ин тағйир метавонад ба шикасти маҳаллии ҳуҷайраҳо, азнавтақсимшавии пуркунанда ё тағйири доимии роҳҳои интиқоли бор дар зарбаи аввал вобаста бошад.

Аммо ин озмоиш муқоисаи се намунаи мустақил нест. Он осеби пайдарпайро дар як нуқтаи як намуна нишон медиҳад. Барои такрорпазирии оморӣ бояд ҳамин силсилаи озмоишҳо дар якчанд намуна гузаронида шавад.

Механизми муштараки муҳофизати пешниҳодшуда

Механизме, ки муҳаққиқон пешниҳод мекунанд, дар се сатҳ шарҳ дода мешавад:

1. Сатҳи мавод: STG зери буриши тез сахт шуда, масрафи энергияи часпак-чандирро таъмин мекунад.
2. Сатҳи интерфейс: Нахҳои карбонии бо полидопамин пӯшидашуда дар дохили гел бор мебардоранд ва ба деформатсия муқовимат мекунанд.
3. Сатҳи сохтор: Ҳуҷайраҳои NPR ҳангоми зарба ба дарун баста шуда, гелро маҳдуд мекунанд, фишурдашавии маҳаллиро зиёд ва ҳаракати зарбазанро кӯтоҳ мекунанд.

Тангшавии дохилии ҳуҷайраи NPR метавонад 2CFP-STG-ро барвақттар ба ҳолати фишурдашуда ва ба суръати баланди буриш дучоршуда барад. Ҳамин тавр, гел зудтар рафтори сахттар оғоз карда, бо скелети ҳуҷайравӣ интиқоли муштараки бор ба амал меояд.

Ин механизм бо каҷҳои фишурдашавии статикӣ, қувваҳои зарба, фурӯравии камтар ва аксҳои осеб дастгирӣ мешавад. Аммо ҳангоми таҳқиқот ҳаракати ҳуҷайра аз дохил тасвир нашудааст; коррелятсияи рақамии тасвир, томографияи рентгенӣ ё модели тасдиқшудаи унсурҳои ниҳоӣ истифода нашудааст. Механизми фишурдашавии геометрӣ бо таҷрибаҳо мувофиқ аст, аммо бо ченкунии пурраи майдон мустақиман тасдиқ нашудааст.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

• Тарҳи интерфейси мавод ва сохтори ҳуҷайравиро дар як композити сандвичӣ муттаҳид мекунад.
• Сатҳи нахи карбонии бо полидопамин пӯшидашударо бо SEM нишон медиҳад.
• Чор таносуби гуногуни нахи карбонро бо озмоишҳои басомад ва фишурдашавӣ муқоиса мекунад.
• Ҳуҷайраҳои NPR ва PPR-ро зери як пуркунандаи гел таҳқиқ мекунад.
• Намунаҳои бескелет, беилова, бо нах тақвиятёфта ва ҳуҷайравиро марҳила ба марҳила муқоиса мекунад.
• Се энергияи зарба — 10, 20 ва 30 J — истифода мекунад.
• Қувва, ҷойивазкунӣ, давомнокии тамос, хомӯшкунии намоёни энергия ва осеби ҷисмониро якҷоя арзёбӣ мекунад.
• Бо се зарбаи пайдарпай дар як нуқта ҷамъшавии осебро меомӯзад.
• Дар озмоиши 30 J нишон медиҳад, ки сохтори NPR ҷудошавии пурраро ба таъхир меандозад.

Маҳдудиятҳои таҳқиқот

• Таҳқиқот preprint-и аз баррасии ҳамтоён нагузашта аст.
• Шаклҳои S1–S7 ва Ҷадвали S1 дар файли боршуда мавҷуд нестанд.
• Давомнокии дақиқи реаксияи STG дар 240 °C шарҳ дода нашудааст.
• Консентратсияҳои маҳлулҳои Tris-HCl ва допамин дода нашудаанд.
• pH-и пӯшиш дар матн 8, дар схемаи омодасозӣ 8,5 нишон дода шудааст.
• Параметрҳои раванди омехтакунии дуғалта шарҳ дода нашудаанд.
• Асоси ҳисобкунии таносуби нах пурра муайян нашудааст.
• Ғафсӣ ва таркиби химиявии пӯшиши полидопамин чен нашудааст.
• Устувории интерфейс бевосита санҷида нашудааст.
• Тақсимоти нах ва гурӯҳбандӣ миқдоран тасвир нашудааст.
• Таносуби %2 нах дар ҳамаи шароити зарба бо таносубҳои дигар муқоиса нашудааст.
• Шумораи ҳуҷайраҳо дар намунаҳои NPR ва PPR якхела нест.
• Масса ва зичии нисбии сохторҳои NPR ва PPR гузориш нашудааст.
• Геометрияҳои дақиқи ҳуҷайраҳо танҳо дар маълумоти иловагии гумшуда мавҷуданд.
• Ҳамаи андозаҳои берунии намуна дар матни асосӣ шарҳ дода нашудаанд.
• Часпонанда ва тартиби часпондани лавҳаҳои рӯй дода нашудааст.
• Шумораи такрорҳои мустақили озмоишҳои зарба нишон дода нашудааст.
• Дар натиҷаҳо сутунҳои хато, инҳирофи стандартӣ ё санҷиши аҳамияти оморӣ вуҷуд надорад.
• Зарбаи такрорӣ танҳо дар як нуқтаи як намуна иҷро шудааст.
• Деформатсияи сатҳи пушт ва қувваи такягоҳи интиқолёфта алоҳида чен нашудаанд.
• Ҳаракати ҳуҷайраҳои дохилӣ ҳангоми зарба тасвир нашудааст.
• Азхудкунии хоси энергия ё иҷро ба як воҳиди масса ҳисоб нашудааст.
• Ҳарорат, намӣ, UV, об, муҳити химиявӣ ва пиршавии дарозмуддат омӯхта нашудаанд.
• Рафтори сӯхтор ва бехатарии дуд таҳқиқ нашудааст.
• Борҳои баландсуръат, баллистикӣ ё таркиш санҷида нашудаанд.
• Арзиши истеҳсол, таъмирпазирӣ ва коркарди дубора арзёбӣ нашудаанд.

Таҳқиқот чиро дастгирӣ мекунад?

Таҳқиқот дастгирӣ мекунад, ки нахҳои кӯтоҳи карбонии бо полидопамин пӯшидашуда метавонанд устувории шакли STG дар басомади паст ва муқовимати фишурдашавиро дар суръатҳои гуногуни боргузорӣ беҳтар кунанд. Инчунин нишон медиҳад, ки ҳуҷайраҳои 3D-чопшудаи дорои коэффисиенти манфии Пуассон дар намунаҳои хурди сандвичии таҳқиқшуда зери зарбаҳои пастсуръати 10–30 J ҷойивазкуниро маҳдуд карда, дар энергияи баланд ҷудошавии пурраи сохториро нисбат ба сохтори назоратии PPR ба таъхир меандозанд.

Таҳқиқот чиро исбот намекунад?

Таҳқиқот исбот намекунад, ки NPR-2CFP-STG барои ҳар навъи муҳофизати зарба беҳтарин сохтор аст. Қувваи қуллаи баланд метавонад дар барномаҳое, ки изолятсияи қувва талаб мешавад, номатлуб бошад. Натиҷаҳо маънои устувории баллистикӣ, муҳофизати таркиш, бехатарии инсон, бехатарии бархӯрди нақлиётӣ ё истифодаи сертификатшудаи ҳавонавардиро надоранд. Илова бар ин, наметавон гуфт, ки ҳамаи фарқҳои мушоҳидашуда танҳо аз коэффисиенти манфии Пуассон сарчашма мегиранд; шумораи ҳуҷайраҳо, массаҳои эҳтимолӣ ва зичиҳои нисбии намунаҳои NPR ва PPR пурра баробар карда нашудаанд.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи маводҳо

Қадамҳои омодасозии намуна

1. Равғани силиконии диметилӣ ва кислотаи борӣ бо таносуби массаи 10:1 омехта шуданд.
2. Омехта дар 240 °C ба реаксия дароварда, баъд сард карда шуд ва STG омода гардид.
3. Нахҳои кӯтоҳи карбон дар буфери Tris-HCl паҳн карда шуданд.
4. Допамин ва NaOH илова шуда, пӯшиши 24-соата анҷом дода шуд.
5. CF@PDA ба STG бо омехтакунандаи дуғалта бо таносуби %1, %2, %4 ё %6 илова шуд.
6. Скелети NPR бо тартиби 6×6×3 ва скелети PPR бо тартиби 5×5×3 ҳуҷайра чоп шуданд.
7. 2CFP-STG дар давоми 24–48 соат оҳиста ба холигиҳои скелет ворид карда шуд.
8. Ба сатҳҳои болоӣ ва поёнӣ лавҳаҳои композитии нахи карбонии 1 mm часпонда шуданд.

Тавсиф ва тартиби озмоиш

Натиҷаҳои асосии мавод

Муқоисаи ҷамъбастии натиҷаҳои зарбаи 10 J

Муқоисаи энергияи баланди NPR-PPR

Маънои муҳандисии натиҷаҳо

Тасдиқҳои зарурӣ пеш аз истифода дар саҳро ё маҳсулот

• Маълумоти иловагии гумшуда ва ҳамаи параметрҳои истеҳсол бояд нашр шаванд.
• Намунаҳои NPR ва PPR бояд бо масса ва зичии нисбии якхела аз нав тарҳрезӣ шаванд.
• Озмоишҳои зарба барои ҳар шароит дар якчанд намунаи мустақил такрор шаванд.
• Инҳирофи стандартӣ, фосилаи эътимод ва санҷишҳои аҳамият пешниҳод шаванд.
• Ҷойивазкунии сатҳи пушт, реаксияи такягоҳ ва шитоби объекти муҳофизатшаванда чен карда шаванд.
• Деформатсияи ҳуҷайра бо камераи баландсуръат ва коррелятсияи рақамии тасвир пайгирӣ шавад.
• Осеби дохилии пас аз зарба бо томографияи рентгенӣ ё ултрасадо таҳқиқ шавад.
• Иҷрои зарбаи сандвичҳои дорои %1, %2, %4 ва %6 нах мустақиман муқоиса шавад.
• Геометрияҳои гуногуни зарбазан ва шароити сарҳадӣ истифода шаванд.
• Зарбаҳои такрории бисёрнуқтаӣ ва бо фосилаҳои гуногун санҷида шаванд.
• Ҳарорат, намӣ, пиршавӣ ва рафтори сӯхтор муайян шаванд.
• Таъсири мутақобилаи ҳуҷайра-пуркунанда-сатҳ бо модели унсурҳои ниҳоӣ тасдиқ шавад.
• Азхудкунии энергия ба як воҳиди масса ва таҳлили хароҷот-иҷро анҷом дода шавад.
• Озмоишҳои панелҳои пилотӣ барои автомобил, ҳавонавардӣ ё саноат гузаронида шаванд.

Қайди манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот:Polydopamine-Functionalized Carbon Fiber Reinforced Shear Thickening Gel/NPR Sandwich Composites for Impact Resistance

Муаллифон ва тартиби онҳо: Haonan Suo; Ke Zhang; Kaifa Wang; Sheng Wang; Yao Li.

Маълумот дар бораи саҳми баробар: Дар таҳқиқот баёнияи саҳми баробар ё муаллифи якуми муштарак вуҷуд надорад.

Маълумоти муаллифи масъул: Нишонаи ситорача дар рӯйхати муаллифон Ke Zhang-ро ҳамчун муаллифи масъул нишон медиҳад. Аммо дар сатри мукотиба ду суроғаи почтаи электронии Ke Zhang ва Yao Li якҷо оварда шудаанд. Оё Yao Li муаллифи масъули муштарак аст, ба таври равшан нишон дода нашудааст.

Суроғаҳои мукотиба: zhangke@hit.edu.cn; liyao@hit.edu.cn.

Мутобиқати муаллиф-муассиса:

1. Haonan Suo: MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage; School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Чин.
2. Ke Zhang: MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage; School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Чин.
3. Kaifa Wang: School of Science, Harbin Institute of Technology, Shenzhen, Guangdong, Чин.
4. Sheng Wang: CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials; Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, Чин.
5. Yao Li: Center for Composite Materials and Structure, Harbin Institute of Technology, Harbin, Чин.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии preprint-и таҷрибавӣ, ки синтези мавод, функсионализатсияи сатҳ, реология, фишурдашавӣ ва озмоишҳои пастсуръати вазни афтандаро дар бар мегирад.

Соҳаи мавзӯъ: Гелҳои ғафсшаванда аз буриш, композитҳои нахи карбон, интерфейсҳои полидопамин, метаматериалҳои ауксетикӣ, сохторҳои сандвичӣ ва муқовимат ба зарба.

Ҳолати баррасии ҳамтоён: Таҳқиқот аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст. Дар ҳар саҳифаи файли боршуда огоҳии preprint ва баррасӣ мавҷуд аст.

Платформаи нашр: SSRN.

Таъминкунандаи платформа: Elsevier SSRN Preprint Services.

Рақами сабти SSRN: 7203447.

DOI:10.2139/ssrn.7203447

Пайванди расмӣ:Саҳифаи сабти SSRN

Соли нашр: 2026.

Маҷалла: Нашр шудан дар маҷаллаи аз баррасии ҳамтоён гузашта тасдиқ нашудааст.

Ношири аслии маҷалла: Маҷалла ё ношири маҷаллаи аз баррасии ҳамтоён гузашта тасдиқ нашудааст. SSRN платформаи preprint аст ва набояд ҳамчун маҷаллаи баррасишуда муаррифӣ шавад.

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот аз ҷониби Aeronautical Science Foundation of China ва Chinese Aeronautical Establishment Project бо лоиҳаи рақами 2023Z055077007 дастгирӣ шудааст.

Баробарии манфиатҳо: Дар матни асосии боршуда баёнияи алоҳида ва возеҳи бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Баёнияи муфассали саҳми муаллифон ба монанди CRediT ё монанди он вуҷуд надорад.

Дастрасӣ ба маълумот ва код: Пайванд ба анбори кушодаи маълумот, маълумоти хоми реометр, файли маълумоти дастгоҳи зарба, файли модели сеандоза ё коди таҳлил дода нашудааст.

Маълумоти иловагии гумшуда: Шаклҳои S1–S7 ва Ҷадвали S1, ки дар матни асосӣ ба онҳо истинод шудааст, дар файли боршуда мавҷуд нестанд. Аз ин рӯ, оптимизатсияи вақти реаксияи STG, баъзе тасдиқҳои спектроскопӣ, озмоиши нигоҳдории баландӣ ва андозаҳои дақиқи геометрии ҳуҷайраҳоро мустақилона арзёбӣ кардан имкон надошт.

Номувофиқии асосии гузориш: pH-и муҳити пӯшиши полидопамин дар матни усул 8, вале дар схемаи омодасозии Шакли 3 8,5 нишон дода шудааст. Ин арзиш барои такрорпазирӣ бояд ислоҳ карда шавад.

Ин шарҳи тоҷикӣ пас аз баррасии тамоми матни асосии таҳқиқоти боршуда, 12 шакли асосӣ, тартиби омодасозии мавод, каҷҳои реологӣ, озмоишҳои фишурдашавӣ, маълумоти зарбаи 10–30 J, аксҳои осеб ва натиҷаҳои зарбаи такрорӣ омода шудааст. Мазмуни илмӣ танҳо бо таҷрибаҳо ва тафсирҳои дар таҳқиқот пешниҳодшуда маҳдуд карда шудааст. Манбаъҳои беруна танҳо барои санҷиши библиографии сабти SSRN, DOI, платформа, почтаи электронӣ ва маълумоти муассисавӣ истифода шудаанд.

Натиҷаҳо бояд бо дарназардошти он тафсир шаванд, ки таҳқиқот аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст, маълумоти иловагӣ мавҷуд нест, намунаҳои NPR-PPR аз ҷиҳати шумораи ҳуҷайра ва эҳтимолан масса пурра баробар карда нашудаанд, такрорҳои таҷриба ва номуайяниҳои оморӣ шарҳ дода нашудаанд, қувваи қуллаи баланд барои ҳар ҳадафи муҳофизатӣ бартарӣ маъно надорад ва натиҷаҳо танҳо ба шароити зарбаи пастсуръати намунаҳои хурд асос ёфтаанд.