חֲדָשׁוֹת

1. פיתוח ויישום של טכנולוגיית ציפוי מדויקת לחומרי גודל ננומטריים

טכנולוגיית ציפוי מדויקת של חומרי גודל ננומטריים, כטכנולוגיה חדשנית, ממלאת תפקיד מכריע בשיפורביצועי סיבי זכוכיתננו-חומרים, בשל שטח הפנים הסגולי הגדול שלהם, פעילות הפנים החזקה והתכונות הפיזיקו-כימיות המעולות שלהם, יכולים לשפר משמעותית את התאימות בין חומר הגודל למשטח סיבי הזכוכית, ובכך לשפר את חוזק הקשר הבין-פנימי שלהם. באמצעות ציפוי של חומרי גודל ננומטריים, ניתן ליצור ציפוי ננומטריים אחיד ויציב על פני סיבי הזכוכית, לחזק את ההידבקות בין הסיב למטריצה, ובכך לשפר משמעותית את התכונות המכניות של החומר המרוכב. ביישומים מעשיים, משתמשים בתהליכים מתקדמים כמו שיטת סול-ג'ל, שיטת ריסוס ושיטת טבילה לציפוי חומרי גודל ננומטריים כדי להבטיח את האחידות וההידבקות של הציפוי. לדוגמה, באמצעות חומר גודל המכיל ננו-סילאן או ננו-טיטניום, ומריחתו באופן אחיד על פני סיבי הזכוכית באמצעות שיטת סול-ג'ל, נוצר שכבת SiO2 ננומטרית על פני סיבי הזכוכית, מה שמגדיל משמעותית את אנרגיית הפנים והזיקה שלו, ומשפר את חוזק הקשר שלו עם מטריצת השרף.

2. תכנון אופטימלי של פורמולציות חומרי גודל סינרגטיים רב-רכיביים

על ידי שילוב של רכיבים פונקציונליים מרובים, חומר הגודל יכול ליצור ציפוי פונקציונלי מרוכב על פני סיבי הזכוכית, ולענות על הצרכים המיוחדים של חומרים מרוכבים מסיבי זכוכית בתחומי יישום שונים. חומרי גודל מרובי רכיבים יכולים לא רק לשפר את חוזק ההדבקה בין סיבי הזכוכית למטריצה, אלא גם להעניק להם תכונות שונות כגון עמידות בפני קורוזיה, עמידות בפני קרינת UV ועמידות לשינויי טמפרטורה. מבחינת תכנון אופטימלי, בדרך כלל נבחרים רכיבים בעלי פעילויות כימיות שונות, ומושגים אפקט סינרגטי באמצעות פרופורציות סבירות. לדוגמה, תערובת של סילאן דו-פונקציונלי ופולימרים פולימריים כגון פוליאוריטן ושרף אפוקסי יכולה ליצור מבנה מקושר באמצעות תגובות כימיות במהלך תהליך הציפוי, מה שמשפר משמעותית את ההידבקות בין סיבי הזכוכית למטריצה. עבור צרכים מיוחדים בסביבות קיצוניות הדורשות עמידות בפני טמפרטורה ועמידות בפני קורוזיה, ניתן להוסיף כמות מתאימה של חלקיקי ננו קרמיים עמידים בטמפרטורה גבוהה או רכיבי מלח מתכת עמידים בפני קורוזיה כדי לשפר עוד יותר את הביצועים הכוללים של החומר המרוכב.

3. חדשנות ופריצות דרך בתהליך ציפוי חומרי גודל בעזרת פלזמה

תהליך ציפוי חומר התאמה בסיוע פלזמה, כטכנולוגיית שינוי פני שטח חדשה, יוצר ציפוי אחיד וצפוף על פני סיבי זכוכית באמצעות שקיעת אדים פיזית או שקיעת אדים כימית משופרת בפלזמה, ומשפר ביעילות את חוזק הקשר הבין-פנימי בין...סיבי זכוכיתוהמטריצה. בהשוואה לשיטות ציפוי מסורתיות באמצעות חומרי התאמה, התהליך בסיוע פלזמה יכול להגיב עם פני השטח של סיבי הזכוכית דרך חלקיקי פלזמה בעלי אנרגיה גבוהה בטמפרטורות נמוכות, להסיר זיהומים על פני השטח ולהכניס קבוצות פעילות, ולשפר את הזיקה והיציבות הכימית של הסיבים. לאחר ציפוי בסיבי זכוכית שטופלו בפלזמה, לא רק שניתן לשפר משמעותית את חוזק הקשר הבין-פנימי, אלא גם לספק פונקציות נוספות כגון עמידות להידרוליזה, עמידות לקרינת UV ועמידות בפני הפרשי טמפרטורות. לדוגמה, טיפול פני השטח של סיבי הזכוכית בתהליך פלזמה בטמפרטורה נמוכה ושילובו עם חומר התאמה אורגני סיליקון יכול ליצור ציפוי עמיד בפני UV וטמפרטורה גבוהה, ולהאריך את חיי השירות של החומר המרוכב. מחקרים הראו כי ניתן להגדיל את חוזק המתיחה של מרוכבים של סיבי זכוכית המצופים בשיטות בסיוע פלזמה ביותר מ-25%, וביצועי האנטי-אייג'ינג שלהם משתפרים משמעותית בסביבות טמפרטורה ולחות מתחלפות.

4. מחקר על תהליך התכנון וההכנה של ציפויי חומרי התאמה חכמים

ציפויי חומרי התאמה חכמים הם ציפויים שיכולים להגיב לשינויים בסביבה החיצונית, ונמצאים בשימוש נרחב בחומרים חכמים, חיישנים וחומרים מרוכבים בעלי יכולת ריפוי עצמי. על ידי תכנון חומרי התאמה בעלי רגישות סביבתית לטמפרטורה, לחות, pH וכו', סיבי זכוכית יכולים להתאים אוטומטית את תכונות פני השטח שלהם בתנאים שונים, ובכך להשיג פונקציות חכמות. חומרי התאמה חכמים מושגים בדרך כלל על ידי החדרת פולימרים או מולקולות בעלי פונקציות ספציפיות, המאפשרות להם לשנות את תכונותיהם הפיזיקוכימיות תחת גירויים חיצוניים, ובכך להשיג אפקט אדפטיבי. לדוגמה, שימוש בציפויי חומרי התאמה המכילים פולימרים רגישים לטמפרטורה או פולימרים רגישים ל-pH כגון פולי(N-איזופרופילאקרילמיד) יכול לגרום לסיבי זכוכית לעבור שינויים מורפולוגיים בשינויי טמפרטורה או בסביבות חומציות ובסיסיות, תוך התאמת אנרגיית פני השטח ויכולת הרטיבות שלהם. ציפויים אלה מאפשרים לסיבי זכוכית לשמור על הידבקות ועמידות אופטימליים בין פני השטח בסביבות עבודה שונות [27]. מחקרים הראו כימרוכבים מסיבי זכוכיתשימוש בציפויים חכמים ורספונסיביים שומר על חוזק מתיחה יציב תחת שינויי טמפרטורה ומציג עמידות מצוינת בפני קורוזיה בסביבות חומציות ובסיסיות.