سلالة الاستشعار استنادا متعددة النطاقات المواد المركبة مسلح مع الجرافين Nanoplatelets

الهدف العام من هذا الإجراء هو تحقيق خصائص الاستشعار الذاتي في المواد المركبة لمراقبة السلامة الهيكلية. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة رئيسية تتعلق بالكشف التلقائي عن الأعطال البحرية، مثل تحديد كمية الإجهاد والتلف في مواقع مزارع الرياح البحرية والتنبؤ بالعمر التشغيلي لها. وتكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية في إمكانية اكتشاف التلف بواسطة المكون الهيكلي نفسه.

على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر رؤية حول التلف الهيكلي للمواد المركبة، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضاً على أنظمة أخرى مثل التحليل الميكانيكي الحيوي أثناء التعافي من الإصابة. لبدء التحضير، قم بخلط 24 grams من صفائح الغرافين النانوية الوظيفية يدوياً مع مونيوم DGEBA داخل غطاء fume hood بدون قناة طرد.

بعد ذلك، قم بتمرير الخليط عبر أسطوانات الكالندر ثلاث مرات، مع زيادة سرعة الأسطوانة في كل مرة. وبعد عملية التشتيت، قم بوزن الخليط. سخن الخليط إلى 80 °C مع التقليب، ثم ضع الخليط تحت تفريغ هوائي.

قم بإزالة الغازات من الخليط مع التحريك لمدة 15 دقيقة. زن المصلد بنسبة وزنية تبلغ 100 إلى 23 من مونومر DGEBA إلى المصلد. أخرج الخليط من الفراغ، وأوقف التحريك المغناطيسي.

أضف المصلد، وحرك يدويًا حتى يصبح الخليط متجانسًا. بعد إزالة الفقاعات والخلط اليدوي، احفظ مادة الإيبوكسي f-GNP عند درجة حرارة 80 °C مع التحريك المغناطيسي. بعد ذلك، قم بتنظيف صفيحة فولاذية باستخدام الأسيتون.

باستخدام مقص الأقمشة، قم بقص 14 طبقة من نسيج الألياف الزجاجية وفقاً للأبعاد المطلوبة. قم بتدفئة النسيج الزجاجي إلى 80 °C في الفرن. قص مربعين من فيلم البوليمر غير الملتصق بنفس أبعاد النسيج.

ضع الغشاء على اللوح الفولاذي النظيف. وباستخدام فرشاة، ضع طبقة من الإيبوكسي المملوء بـ f-GNP على مربع واحد من الغشاء البوليمري. ضع مربعاً واحداً من بلاستيك الألياف الزجاجية المسخن بعناية فوق الغشاء المغطى بالإيبوكسي، بحيث يتم تغطية الإيبوكسي والغشاء بالكامل.

استخدم أسطوانة إزالة الهواء لضغط المواد. استمر في وضع طبقات من الإيبوكسي والقماش، مع الضغط في كل مرة، حتى يتم استهلاك جميع كميات القماش المتبقية. ضع طبقة أخيرة من الإيبوكسي، ثم ضع المربع المتبقي من فيلم البوليمر غير اللاصق فوق الصفائح.

قم بمعالجة الصفائح في مكبس صفيحة ساخنة مع زيادة الضغط. في خزانة استخلاص للأبخرة بدون مجاري، قم بتحضير خليط بنسبة واحد إلى واحد من عامل التحجيم والماء المقطر. أضف إلى هذا الخليط 7.5 grams من f-GNPs.

أخرج المزيج من خزانة استخلاص الغازات، وقم بتشتيت الصفائح النانوية باستخدام الموجات فوق الصوتية بالمسبار. قص 14 مربعاً من قماش الألياف الزجاجية. استخدم جهاز الطلاء بالتغميس (Dip Coater) لطلاء القماش الزجاجي بمادة التجهيز المملوءة بـ f-GNP.

بعد ذلك، يتم تجفيف القماش المطلي في فرن تفريغ. تُنظف صفيحة فولاذية باستخدام الأسيتون. توضع قطعة مربعة من فيلم بوليمر مضاد للالتصاق، بنفس أبعاد مربعات قماش الألياف الزجاجية، على الصفيحة الفولاذية.

ضع المربعات الـ 14 من نسيج الألياف الزجاجية المطلي فوق الفيلم البوليمري، مع التأكد من محاذاة الحواف. بعد ذلك، ضع اللوح والنسيج في كيس تفريغ. استخدم شريط الختم لإغلاق كيس التفريغ بإحكام.

قم بتسخين الكيس مسبقاً في فرن عند 80 درجة مئوية. قم بإزالة الغازات من مونومر DGEBA تحت تفريغ هوائي مع التحريك. أضف المصلب بنسبة وزنية تتراوح من 100 إلى 23 من المونومر إلى المصلب وحرك المزيج حتى يصبح متجانساً.

قم بتوصيل مضخة تفريغ بكيس التفريغ وأجرِ اختبارات تسرب. وصّل قطعة من أنابيب البوليمر بالكيس واغمر الطرف المفتوح في راتنج الإيبوكسي. قم بتشغيل مضخة التفريغ لسحب الراتنج إلى داخل الكيس.

بمجرد تشبع كومة النسيج الزجاجي تماماً براتنج الإيبوكسي، أوقف تشغيل المضخة وأغلق الكيس بإحكام. يتمت عملية معالجة الصفائح داخل الكيس في فرن عند 140 درجة Celsius لمدة 8 ساعات. بعد ذلك، قم بإزالة الصفائح المعالجة من كيس التفريغ.

لبدء التحضير لاختبار الانفعال، قم بتشغيل عينات الصفائح آلياً. بعد ذلك، قم بتنظيف أسطح العينات باستخدام الأسيتون. وباستخدام طلاء أكريليك موصل فضي، ارسم خطين ضيقين تفصل بينهما مسافة 20 millimeters على كل عينة.

ضع أسلاك نحاسية دقيقة بشكل مسطح على طول طلاء الفضة الرطب لتعمل كأقطاب كهربائية. بمجرد جفاف الطلاء، ثبت الأسلاك في مكانها باستخدام لاصق صهر حراري. قم بضبط جهاز اختبار ميكانيكي لإجراء اختبار الانثناء.

لكل عينة، قم بقياس العرض والسُمك باستخدام القدمة ذات الورنية، وذلك قبل وضع العينة في الجهاز. اضبط سرعة الاختبار وموضع البدء بما يتناسب مع حجم العينة وموقعها. وصّل الموصلات الكهربائية بجهاز الملتيميتر وقم بقياس المقاومة الكهربائية الأولية بين الموصلات.

قم بإجراء اختبار الانحناء، مع مراقبة المقاومة طوال العملية. وللتحضير لاختبار الإجهاد، قص نسيج الألياف الزجاجية f-GNP إلى شرائح بعرض 10 millimeter. ثم قم بتثبيت الأسلاك النحاسية على النسيج باستخدام طلاء الفضة الموصل ولاصق الصهر الحراري.

بعد ذلك، قم بتثبيت أحزمة نسيج الألياف الزجاجية f-GNP على الإبهام والأصابع الثلاثة الأولى من قفاز نيتريل باستخدام لاصق صهر حراري. قم بقياس المقاومة الكهربائية الأولية عبر النسيج على كل إصبع. ثم قم بإجراء سلسلة من عمليات ثني الأصابع مع تسجيل المقاومة الكهربائية.

ابدأ بثني إبهام اليد، ثم السبابة، ثم الوسطى، ثم البنصر. اثنِ جميع الأصابع في وقت واحد. بعد ذلك، وبسرعة متزايدة، كرر التسلسل من الإبهام وصولاً إلى البنصر، ثم بالاتجاه المعاكس.

يؤدي دمج f-GNPs في الألياف الزجاجية إلى زيادة الموصلية الكهربائية للمادة، والتي تتأثر بالإجهاد المستحث. وتزداد المقاومة الكهربائية المعيارية مع زيادة إجهاد الانحناء. ويؤدي كسر الألياف الزجاجية عند نقطة الفشل إلى تعطيل الشبكة الكهربائية، وهو ما يظهر كقفزة في المقاومة المعيارية.

عندما يتم تطبيق نسيج الألياف الزجاجية f-GNP على أصابع قفاز من النتريل، يمكن تتبع ثني كل إصبع ومدة الحركة من خلال التغيرات في المقاومة. وقد أدى إخضاع مواد الإيبوكسي f-GNP ومركبات الألياف الزجاجية f-GNP لإجهاد الضغط والشد إلى أنماط مختلفة قليلاً من التغيير في المقاومة الكهربائية. ودون مستوى معين من إجهاد الضغط، تنخفض المقاومة الكهربائية المعيرة تدريجياً مع زيادة الإجهاد.

وعلاوة على ذلك، تزداد المقاومة. ومع ذلك، تزداد المقاومة الكهربائية المعيرة مع انفعال الشد بشكل مستمر. وبعد تطويرها، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال الاستشعار ومراقبة المواد لاستكشاف التلف في المكونات الهيكلية.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن تكون لديك معرفة جيدة بكيفية تحضير مادة مركبة ذاتية الاستشعار، وكيفية مراقبتها في الوقت الفعلي.