بهبود طراحی مخازن تحت فشار با فناوری گرافن اوریگامی

ادغام مواد پیشرفته با معرفی فناوری گرافن اوریگامی (Graphene Origami)، به پیشرفت چشمگیری دست یافته است.

کد خبر: ۷۸۹۰۳۲

تاریخ: ۲۰ فروردين ۱۴۰۴ - ۱۶:۱۱

به گزارش ایران اکونومیست، این نانوساختار نوین که دارای ویژگی‌های مکانیکی منحصربه‌فردی است، به‌تازگی در یک مطالعه پیشگامانه توسط شو یینگ (Xu Ying) و همکارانش در مجله Scientific Reports بررسی شده است. در این تحقیق، مدل تاشوی جدیدی برای بهبود عملکرد مخازن استوانه‌ای تحت فشار با استفاده از یک ماتریس مسی تقویت‌شده با گرافن اوریگامی توسعه داده شده است.

گرافن اوریگامی از طریق فرآیند هیدروژناسیون تولید می‌شود که ورقه‌های دوبعدی گرافن را به ساختاری سه‌بعدی تبدیل می‌کند. این روش نوآورانه امکان کنترل بیشتر بر ویژگی‌های مواد را فراهم کرده و آن را به گزینه‌ای جذاب برای کاربردهای متنوع، به‌ویژه در ساخت مخازن تحت فشار تبدیل کرده است. این مطالعه نشان می‌دهد که این فناوری می‌تواند طراحی و کارایی این مخازن را که برای ذخیره و انتقال گازها و مایعات تحت فشار به کار می‌روند، متحول کند.

پژوهشگران در این مطالعه، بر اساس نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول (First-Order Shear Deformation Theory)، از مدل‌های ریزمکانیکی هالپین-تسای (Halpin–Tsai) برای تحلیل خصوصیات کلی ماده کامپوزیتی استفاده کرده‌اند. هدف این تحقیق، بررسی تأثیر پارامتر تاشوندگی و بارهای حرارتی بر تغییر شکل و پاسخ‌های تنشی مخازن تحت فشار بوده است.

نتایج این تحقیق قابل‌توجه بود: افزایش پارامتر تاشوندگی منجر به بهبود تغییر شکل و مؤلفه‌های تنشی شد. همچنین، مشخص شد که بارهای حرارتی تأثیر بسزایی بر روی مواد این مخازن دارند. به‌طور خاص، افزایش کرنش حرارتی باعث افزایش تنش و تغییر شکل شده و نقش حیاتی دما را در یکپارچگی سازه‌ای برجسته می‌کند. محققان تأکید کردند که بهینه‌سازی پارامتر تاشوندگی می‌تواند طراحی و عملکرد مخازن را در کاربردهای واقعی، ازجمله در حوزه‌های مهندسی زیست‌پزشکی و فناوری هوافضا بهبود بخشد.

در تجزیه‌وتحلیل پارامتریک این مطالعه، مشخص شد که عوامل مختلفی ازجمله کسر حجمی و بارگذاری حرارتی تأثیر قابل‌توجهی بر رفتار مواد نانوکامپوزیتی دارند. نتیجه‌گیری شد که با بهینه‌سازی میزان تاشوندگی، مؤلفه‌های تنشی درون مخزن کاهش می‌یابد. بااین‌حال، جابجایی‌های محوری و عرضی افزایش می‌یابد که نشان‌دهنده سازگاری بهتر این ماده در شرایط مختلف است.

علاوه بر این، پژوهش به بررسی تأثیر میزان محتوای گرافن اوریگامی بر ویژگی‌های کرنش پرداخت. یافته‌ها نشان داد که افزایش این نانوساختار در ترکیب مواد، باعث کاهش مؤلفه‌های کرنش شده و ویژگی‌های مکانیکی پیشرفته‌تری را به ارمغان می‌آورد.

با توجه به نقش کلیدی مخازن تحت فشار در صنایع مختلف، پذیرش این مدل‌سازی و فناوری جدید می‌تواند مسیر جدیدی برای ساخت سیستم‌های ذخیره‌سازی سبک‌تر، مقاوم‌تر و کارآمدتر هموار کند. این مطالعه با حمایت مالی از سوی مؤسسه طراحی نیروی برق گوانگژو (Guangzhou Electric Power Design Institute) انجام شده است که نشان‌دهنده علاقه فزاینده صنعت به ادغام مواد نوآورانه در طراحی‌های مهندسی سنتی است. با پیامدهای گسترده‌ای در بخش‌های مختلف، این پژوهش پتانسیل بالای گرافن اوریگامی را برای بازتعریف قابلیت‌های ساختاری مواد کامپوزیتی در کاربردهای حساس و پیشرفته نشان می‌دهد.