חישה מבוססת עומס על מחוזק חומרים מרוכבים Multiscale עם גראפן Nanoplatelets

המטרה הכוללת של הליך זה היא להשיג תכונות חישה עצמית בחומרים מרוכבים לניטור בריאות מבנית. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בים כשלון זיהוי אוטומטי, כגון כימות של מתח ונזק במקום חוות רוח ימיות וחיזוי חיי השרת שלהן. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן לזהות נזק על ידי הרכיב המבני עצמו.

למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי נזק מבני של חומרים מרוכבים, ניתן ליישם אותה גם על מערכות אחרות כגון ניתוח ביומכני במהלך התאוששות מפציעה. כדי להתחיל בהכנה, במכסה אדים ללא צינורות, מערבבים ידנית 24 גרם של ננו-טסיות גרפן פונקציונליות עם מונומר DGEBA. כדי לפזר את ה-f-GNPs לתוך המונומר, תחילה סוניקט את התערובת עם סוניקטור בדיקה למשך 45 דקות.

לאחר מכן, לוח את התערובת שלוש פעמים, והגביר את מהירות הגליל בכל פעם. לאחר הפיזור שוקלים את התערובת. מחממים את התערובת ל-80 מעלות תוך כדי ערבוב, ולאחר מכן מניחים את התערובת מתחת לוואקום.

הסירו את התערובת תוך כדי ערבוב במשך 15 דקות. שקלו את המקשה ביחס משקל של 100 עד 23 של מונומר DGEBA למקשה. מוציאים את התערובת מהוואקום ומפסיקים את הערבוב המגנטי.

מוסיפים את המקשה, ומערבבים ביד עד לקבלת תערובת אחידה. לאחר הסרת גז וערבוב ידני, שמור את חומר האפוקסי f-GNP בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס תחת ערבוב מגנטי. לאחר מכן, נקו לוח פלדה עם אצטון.

בעזרת מספריים מבד חותכים 14 שכבות של בד סיבי זכוכית למידות הרצויות. מחממים את בד הזכוכית ל 80 מעלות צלזיוס בתנור. חותכים שני ריבועים של סרט פולימרי אנטי-דבק באותם מידות כמו הבד.

הנח את הסרט על צלחת הפלדה הנקייה. בעזרת מברשת, מרחו שכבה של אפוקסי במילוי f-GNP על ריבוע אחד של סרט הפולימר. הניחו בזהירות ריבוע אחד של פלסטיק סיבי זכוכית מחומם על הסרט המכוסה באפוקסי, כך שהאפוקסי והסרט מכוסים לחלוטין.

השתמש ברולר להסרת אוויר כדי לדחוס את החומרים. המשיכו למרוח שכבות של אפוקסי ובד, דחסו בכל פעם, עד שנעשה שימוש בכל הבד שנותר. מרחו שכבה אחרונה של אפוקסי, והניחו את הריבוע הנותר של סרט פולימרי אנטי-דבק על גבי הלמינציה.

רפאו את הלמינציה במכבש פלטה חמה בלחץ הולך וגובר. במכסה אדים ללא צינורות, הכינו תערובת אחד לאחד של חומר גודל למים מזוקקים. תוסיפו לזה 7.5 גרם של f-GNPs.

הסר את התערובת ממכסה האדים, ופזר את הננו-טסיות על ידי סוניקציה של בדיקה. גזרו 14 ריבועים מבד סיבי זכוכית. השתמש בציפוי מטבל כדי לצפות את בד הזכוכית במידות במילוי f-GNP.

לאחר מכן, יבש את הבד המצופה בתנור ואקום. נקה לוח פלדה עם אצטון. הניחו ריבוע של סרט פולימרי אנטי-דבק באותם מידות כמו ריבועי בד סיבי הזכוכית על לוח הפלדה.

הנח את 14 הריבועים של בד סיבי זכוכית מצופה על סרט הפולימר, וודא שהקצוות מיושרים. לאחר מכן, הניחו את הצלחת והבד בשקית ואקום. בעזרת סרט איטום, אטום את שקית הוואקום.

מחממים את השקית בתנור בחום של 80 מעלות צלזיוס. מסיר את מונומר DGEBA בוואקום תוך כדי ערבוב. מוסיפים מקשה ביחס משקל של 100 עד 23 מונומר למקשיח ומערבבים עד לקבלת תערובת אחידה.

חבר משאבת ואקום לשקית הוואקום ובצע בדיקות דליפות. חבר אורך של צינורות פולימרים לתיק וטבל את הקצה הפתוח בשרף האפוקסי. הפעל את משאבת הוואקום כדי לשאוב את השרף לתוך השקית.

לאחר שערימת בד הזכוכית ספוגה לחלוטין בשרף אפוקסי, כבה את המשאבה ואטום את השקית. מרפאים את הלמינציה בשקית בתנור בחום של 140 מעלות צלזיוס למשך 8 שעות. לאחר מכן, הסר את הלמינציה המתרפאת משקית הוואקום.

כדי להתחיל בהכנה לבדיקת זן, מכונה את דגימות הלמינציה. לאחר מכן, נקה את משטחי הדגימה עם אצטון. בעזרת צבע מוליך אקרילי כסוף, צייר שני קווים צרים במרחק של 20 מילימטרים זה מזה על כל דגימה.

הניחו חוטי נחושת עדינים שטוחים לאורך צבע הכסף הרטוב כדי לשמש כאלקטרודות. לאחר שהצבע התייבש, קבע את החוטים במקומם בעזרת דבק חם. הגדר מכונת בדיקה מכנית לבדיקת כיפוף.

עבור כל דגימה, מדוד את הרוחב והעובי בעזרת מחוגה, לפני הכנסת הדגימה למכונה. הגדר את מהירות הבדיקה ומיקום ההתחלה בהתאם לגודל ומיקום הדגימה. חבר את המגעים החשמליים למולטימטר ומדוד את ההתנגדות החשמלית הראשונית בין המגעים.

הפעל את מבחן הכיפוף, תוך ניטור ההתנגדות לאורך כל הדרך. כדי להתכונן לבדיקת המתח, חותכים בד סיבי זכוכית f-GNP לרצועות ברוחב 10 מילימטר. ולתקן חוטי נחושת לבד עם צבע מוליך כסף ודבק חם.

לאחר מכן, חבר את רצועות הבד מסיבי זכוכית f-GNP לאגודל ולשלוש האצבעות הראשונות של כפפת ניטריל באמצעות דבק חם. מדוד את ההתנגדות החשמלית הראשונית על פני הבד בכל אצבע. בצע רצף של כיפוף אצבעות תוך רישום ההתנגדות החשמלית.

התחילו בכיפוף האגודל, אחר כך האינדקס, אחר כך האמצע, ואז הקמיצה. כופפו את כל האצבעות בו זמנית. לאחר מכן, במהירות מוגברת, חזור על הרצף מהאגודל לאצבע ובחזרה.

שילוב של f-GNPs בסיבי זכוכית מגדיל את המוליכות החשמלית של החומר, המושפעת ממתח מושרה. ההתנגדות החשמלית המנורמלת עולה עם הגדלת מתח הכיפוף. שבירה של סיבי זכוכית בנקודת הכשל משבשת את רשת החשמל, מה שנתפס כקפיצה בהתנגדות מנורמלת.

כאשר מורחים בד סיבי זכוכית f-GNP על אצבעות כפפת ניטריל, ניתן לעקוב אחר הכיפוף של כל אצבע ומשך התנועה על ידי שינויים בהתנגדות. הכפפת החומרים המרוכבים של אפוקסי f-GNP וסיבי זכוכית f-GNP למתח דחיסה ומתיחה גרמה לדפוסים שונים במקצת של שינוי בהתנגדות החשמלית. מתחת לרמה מסוימת של מתח דחיסה, ההתנגדות החשמלית המנורמלת פוחתת בהדרגה עם המתח הגובר.

מעבר לכך, ההתנגדות גוברת. עם זאת, ההתנגדות החשמלית המנורמלת עולה עם מתח מתיחה לאורך כל הדרך. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום החישה, ניטור חומר לחקור נזקים ברכיבים מבניים.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להכין חומר מרוכב עם חישה עצמית, וכיצד לנטר אותו בזמן אמת.