1.1.1. Vật liệu composite cơ tính biến đổi (FGM)
Vật liệu cơ tính biến đổi (Functionally Graded Material), thường được viết tắt
là FGM, là một loại composite hai thành phần được cấu thành từ ceramic và kim loại
trong đó tỷ lệ thể tích của mỗi thành phần được biến đổi trơn và liên tục theo một
phương nhất định của kết cấu [1,2]. Sự ra đời của FGM xuất phát từ nhu cầu thực tế
về một loại vật liệu composite có thể khắc phục được các nhược điểm thường gặp của
composite cốt sợi truyền thống như sự đứt gãy các sợi, sự bong tách các lớp và sự tập
trung ứng suất cao. Thành phần ceramic làm cho FGM có độ cứng cao và hệ số dãn
nở nhiệt cùng với hệ số truyền nhiệt tương đối thấp, trong khi thành phần kim loại
làm tăng độ bền của FGM. Sự kết hợp các đặc tính nổi bật của các vật liệu thành phần
cùng với tính toàn vẹn (integrity) về mặt cấu trúc làm cho FGM là vật liệu lý tưởng
trong nhiều ứng dụng thực tế, đặc biệt là các ứng dụng trong các môi trường nhiệt độ
cao như các vỏ tên lửa, các bộ phận của trạm không gian, lò phản ứng hạt nhân, các
bình cao áp, các ống dẫn, các thiết bị thí nghiệm,
1.1.2. Composite gia cường ống nano các-bon có cơ tính biến đổi (FG-CNTRC)
Từ những năm cuối thế kỷ trước, các nghiên cứu tiên phong của Iijima [3,4] về một dạng vật liệu dạng ống có đường kính cỡ nm (nano-mét) đã thu hút sự chú ý
của nhiều nhà khoa học. Các nghiên cứu này đã giới thiệu một dạng cấu trúc vật liệu
ống nano các-bon (carbon nanotube) thường được viết tắt là CNT hoặc dạng số nhiều
(carbon nanotubes) là CNTs. Có hai dạng cấu trúc là ống nano các-bon đơn thành
(single-walled carbon nanotubes) và ống nano các-bon đa thành (multi-walled carbon
nanotubes) thường được viết tắt lần lượt là SWCNTs và MWCNTs. Cấu trúc đơn
thành của CNT được tạo thành từ một phiến graphene được cuộn một cách hoàn hảo
để tạo thành một ống hình trụ có đường kính cỡ nm và chiều dài có thể lên đến cỡ cm
(xăng-ti-mét). Cấu trúc đa thành là một tập hợp các trụ có chung trục đối xứng và
cách nhau khoảng 0.35 nm. CNTs sở hữu nhiều tính chất rất ưu việt mà chưa từng có
ở các vật liệu trước đây, như được tổng hợp trong các bài báo tổng quan của
Thostenson và các cộng sự [5,6], nghiên cứu tổng quan của Coleman cùng các cộng
sự [7], và công trình của Han và Elliott [8]. Theo các số liệu được báo cáo trong các
công trình [5-8], CNTs có khối lượng riêng rất thấp (khoảng 1300 kg/m3) và mô đun
đàn hồi theo phương dọc trục vào khoảng hơn 1 TPa (Têra-Pascal), tức là cao hơn rất
nhiều lần sao với mô đun đàn hồi của thép (khoảng 0.21 TPa). Hơn nữa, độ bền chịu
kéo của CNT vào khoảng 63 GPa (Giga-Pascal), tức là cao gấp khoảng 100 lần độ
bền chịu kéo của thép cường độ cao (khoảng 0.61 GPa).