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Jun 04, 2023

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Scientific Reports volume 13、記事番号: 5092 (2023) この記事を引用 741 アクセス メトリクスの詳細

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5092 (2023) この記事を引用

741 アクセス

メトリクスの詳細

プリフォームからファイバーへの技術による細長いマルチマテリアル構造の設計と開発を支配するさまざまな基本的側面の中で、材料関連付け方法論は重要な役割を果たします。 これらは、単一ファイバー内に統合できる機能の数、複雑さ、可能な組み合わせに大きな影響を及ぼし、その適用性を定義します。 この研究では、独自のガラスポリマー結合からモノフィラメントマイクロファイバーを製造するための共延伸戦略が研究されています。 特に、溶融コア法 (MCM) は、より大きなガラス構造内に統合するために、いくつかの非晶質および半結晶質の熱可塑性プラスチックに適用されます。 MCM を使用できる一般的な条件が確立されています。 ガラスとポリマーの結合に関する古典的なガラス転移温度の適合性要件を克服できること、およびカルコゲナイド以外の他のガラス組成物を熱可塑性プラスチックで熱延伸できることが実証されており、ここでは酸化物ガラスが考慮されています。 次に、提案された方法論の多用途性を説明するために、さまざまな形状と組成プロファイルを備えた複合繊維が提示されます。 最後に、ポリエーテルエーテルケトン (PEEK) と亜テルル酸塩およびリン酸塩ガラスの結合から生成される繊維に研究が焦点を当てています。 適切な伸長条件下では、熱延伸中に PEEK の結晶化速度を制御でき、ポリマーの結晶化度を 9 質量程度に抑えることができることが実証されています。 最終繊維では % に達します。 このような新しい材料の組み合わせと、繊維内の材料特性を調整する能力は、前例のない機能を備えた新しいクラスのハイブリッド細長い物体の開発を刺激する可能性があると考えられています。

マルチマテリアル ファイバーは、関心のあるすべての技術領域 (健康、エネルギー、エレクトロニクス、環境、防衛、電気通信など) にわたるアプリケーションを備えた新世代の小型デバイスおよびコンポーネントの開発を大幅に推進しています。 このような注目すべき、間違いなく有用な物体の製造は、繊維内に複数の機能を同時に埋め込むために必要な高度な材料成形プロセスに依存しています。 材料科学コミュニティからの強力な貢献のおかげで、繊維集合体に組み込むことができる材料の範囲1、それらの可能な組み合わせ、および細長い構造内での材料の配置方法は、現在非常に広がっています2、3、4、5。 これを達成するために、スタックアンドドロー技術 6、7、挿入法 8、9（チューブ内ロッド 10、11 から派生）、押出成形 12、積層造形 13、 14、15 および直接ワイヤ挿入 16、17 など。 これらの一般的な多材料繊維作製戦略の中で、溶融コア法 (MCM) は、複雑なハイブリッド細長構造の設計のための主要な魅力的なソリューションの 1 つとして考えられます 18。 MCM は次の原理に基づいています。コア材料をアモルファス クラッディング内に挿入して巨視的なプリフォームを形成し、その後そのアセンブリを従来のファイバ線引き装置を使用して細い連続ファイバに引き伸ばします。特に、引き伸ばし手順中にコアが材料は溶融状態にありますが、非晶質クラッド材料は軟化するだけです。 言い換えれば、クラッドは液体コア材料の流れを制限する支持体として機能します。 溶融炉心技術 19 の初期開発では、この方法は、炉心材料内での化学的相互作用が混合する間、または溶融炉心とクラッドの間で発生する熱伸長手順に言及していました。 このプロセスにより、他の方法では合成できなかったり、従来の延伸プロセスでは繊維に組み込むことができなかった新しい材料の製造が可能になります。 この技術は現在、より広義に、コア材料が溶融状態にある間に延伸される熱伸長手順を指します20。 今日まで、MCM は主に無機の従来にない伸縮性材料 (高希土類濃度のガラス組成物、半導体、金属など) を繊維内に組み込むために利用されてきましたが、ポリマーを繊維に組み込むことも可能です。同じ方法論を使用したガラスベースの細長い構造は研究されていません。