俄羅斯科學(xué)家研發(fā)用于航空智能表皮傳感器的碳納米復(fù)合材料

俄羅斯斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究所Skoltech制造和材料中心的研究小組最近發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于復(fù)合結(jié)構(gòu)的研究("由工業(yè)環(huán)氧色母粒制造的可自我診斷的碳納米復(fù)合材料")，該研究的重點(diǎn)是通過(guò)添加碳形成的多功能材料從納米顆粒到聚合物基質(zhì)的設(shè)計(jì)，旨在通過(guò)廉價(jià)的技術(shù)進(jìn)行自我診斷監(jiān)測(cè)。

這項(xiàng)研究是由Sergey Abaimov教授的研究小組的博士生Hassaan Ahmad Butt撰寫的，該研究最近發(fā)表在《 Composite Structures》上，并且是一個(gè)旨在創(chuàng)建可自我感應(yīng)的材料的多階段項(xiàng)目的一部分，該材料可以通過(guò)現(xiàn)有的工業(yè)制造方法加以整合和生產(chǎn)。

完成成型過(guò)程后的碳納米復(fù)合材料。稍作修飾后，將測(cè)試樣品的壓阻響應(yīng)。這些材料可以成形為幾乎任何大小和形式。Skoltech微納力學(xué)實(shí)驗(yàn)室)

隨著全球范圍內(nèi)聚合物復(fù)合材料對(duì)性能的要求逐年提高，碳納米顆粒在添加到此類材料系統(tǒng)中時(shí)受到了廣泛關(guān)注。研究表明，它們可以以相對(duì)較小的添加量來(lái)提高所需的機(jī)械性能，同時(shí)始終使最終材料具有導(dǎo)電性和壓阻性。然而，將碳納米顆粒并入大規(guī)模生產(chǎn)是有問(wèn)題的，需要大量的設(shè)備升級(jí)。

"這就是為什么我們決定使用色母粒和工業(yè)上可用的廉價(jià)制造技術(shù)?？梢詫⑸噶４鎯?chǔ)，運(yùn)輸和并入大規(guī)模生產(chǎn)路線，而無(wú)需進(jìn)行大修。幾乎所有處理熱固性聚合物的設(shè)施都配有簡(jiǎn)單的混合機(jī)。"哈桑說(shuō)。

這項(xiàng)研究研究了碳納米粒子的添加如何改變聚合物基體的電導(dǎo)率，以及在機(jī)械負(fù)載過(guò)程中其本身如何發(fā)生變化，受到監(jiān)控，從而與材料所經(jīng)歷的變形有關(guān)。相應(yīng)地，這消除了對(duì)復(fù)雜監(jiān)控技術(shù)的需求，只需一個(gè)簡(jiǎn)單的萬(wàn)用表即可確定答案。

在Intron 5969通用測(cè)試系統(tǒng)中，在拉伸載荷下測(cè)試CNT納米復(fù)合材料的壓阻響應(yīng)。電阻值隨著施加的拉伸載荷的增加而變化，這使材料可以發(fā)送有關(guān)其狀況的自報(bào)告。銀色的線是導(dǎo)電觸點(diǎn)，LIMESS數(shù)字圖像相關(guān)性(DIC)系統(tǒng)使用白色的斑點(diǎn)來(lái)計(jì)算應(yīng)變值。圖像是在CDMM機(jī)械測(cè)試實(shí)驗(yàn)室拍攝的

從本質(zhì)上講，使用這種材料有可能取代重量關(guān)鍵型系統(tǒng)(如飛機(jī)結(jié)構(gòu))中的傳感器，并且材料本身能夠提供測(cè)量結(jié)果?？梢允褂孟嗤牟牧虾蜕a(chǎn)路線來(lái)制造用于電路印刷，電磁屏蔽以及專用溫度和濕度傳感器等應(yīng)用的導(dǎo)電材料。材料概念不限于這種特定的制造路線，拉擠成型和真空灌注也可能適用。

Hassaan說(shuō)："目前的材料的應(yīng)用范圍從航空領(lǐng)域到專門的傳感器。這種材料是獨(dú)特的，因?yàn)樗鼈兛梢园幢壤糯蟮浇Y(jié)構(gòu)中或按比例縮小以附加為單獨(dú)的微型傳感器。"