Articolo metodologico

Strain Sensing Sulla base multiscala materiali compositi rinforzati con grafene Nanoplatelets

DOI:

10.3791/54512

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7 novembre 2016

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1Materials Science and Engineering Area, University Rey Juan Carlos

In questo articolo

Sommario

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L'integrazione di nanoparticelle conduttrici, quali nanoplatelets grafene, in materiali compositi in fibra di vetro crea una rete elettrica intrinseca suscettibile di deformazione. Qui, diversi metodi per ottenere sensori di deformazione basato sull'aggiunta di nanoplatelets grafene nella matrice epossidica o come rivestimento su tessuti di vetro vengono proposti.

Abstract

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La risposta elettrica di NH 2 -functionalized grafene nanoplatelets materiali compositi sotto sforzo è stato studiato. Due diversi metodi di produzione sono proposti per creare la rete elettrica in questo lavoro: (a) l'incorporazione dei nanoplatelets nella matrice epossidica e (b) il rivestimento del tessuto di vetro con un dimensionamento riempito con gli stessi nanoplatelets. Entrambi i tipi di materiali compositi multiscala, con una conduttività elettrica in piano di ~ 10 -3 S / m, hanno mostrato una crescita esponenziale della resistenza elettrica all'aumentare della deformazione dovuta al distanziamento tra adiacenti nanoplatelets grafene funzionalizzati e perdita di contatto tra quelli sovrastanti. La sensibilità dei materiali analizzati durante questa ricerca, utilizzando le procedure descritte, ha dimostrato di essere superiore estensimetri disponibili in commercio. Le procedure proposte per l'auto-rilevamento del materiale composito strutturale faciliterebbero il monitor di salute strutturaleing dei componenti di difficile accesso postazioni quali parchi eolici off-shore. Sebbene la sensibilità dei materiali compositi multiscala era notevolmente superiore alla sensibilità di lamine metalliche utilizzate come estensimetri, il valore raggiunto con NH 2 tessuti nanoplatelets grafene funzionalizzati rivestiti era quasi un ordine di grandezza superiore. Questo risultato chiarito il loro potenziale per essere utilizzato come tessuti intelligenti per monitorare i movimenti umani come la flessione delle dita delle mani o sulle ginocchia. Utilizzando il metodo proposto, il tessuto intelligente potrebbe immediatamente rilevare la flessione e recuperare all'istante. Questo fatto permette il monitoraggio preciso del tempo di flessione nonché il grado di flessione.

Introduzione

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Monitoraggio strutturale (SHM) è diventato sempre più importante a causa della necessità di conoscere la vita residua delle strutture 1-3. Al giorno d'oggi, luoghi di difficile accesso, come le piante eolica off-shore, comportare rischi più elevati nelle operazioni di manutenzione, nonché maggiori costi 2-4. Materiali auto-sensing costituiscono una delle possibilità nel campo della SHM grazie alla loro capacità di sforzo di auto-monitoraggio e danni 5.

Nel caso di turbine eoliche, pale sono generalmente realizzati in fibra / resina epossidica materiali compositi di vetro, che sono isolanti elettricamen....

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Protocollo

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1. Preparazione del Epoxy Riempito funzionalizzato grafene Nanoplatelet per multiscala Materiali Compositi

  1. Disperse nanoplatelets grafene funzionalizzati (F-PNL) nella resina epossidica.
    1. Pesare 24,00 g di f-PNL per ottenere un 12% in peso del materiale nanocomposito finale all'interno di una cappa a filtrazione fumi.
    2. Aggiungere 143.09 g del bisfenolo A diglicidil etere (DGEBA) monomero e manualmente mescolare per ottenere omogeneità.
    3. Disperdere le f-PNL nel monomero con un metodo TwoStep, che unisce sonda sonicazione e calandratura processi 20.
      1. Sonicare miscela al 50% dell'ampiezza e un cicl....

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Risultati

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Il protocollo di ottenere due materiali differenti è stato descritto nella procedura. La differenza è nel modo in cui il nanoreinforcement è incorporato nel materiale composito per ottenere una rete elettrica che potrebbe essere utilizzato per la tensione di controllo. Il primo metodo consiste nel rivestimento di un tessuto in fibra di vetro con f-PIL dimensionamento che può essere utilizzato come un tessuto intelligente (denominato F-PIL / fibra di vetro) o come rinforzo della matrice p.......

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Discussione

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proprietà auto-sensore di materiali compositi nanoreinforced sono dovuti alla rete elettrica creata dai f-PNL attraverso la matrice epossidica e lungo le fibre di vetro, che viene modificato quando ceppo è indotta. Dispersione delle f-PNL è quindi fondamentale perché il comportamento elettrico dei sensori dipende fortemente dalla microstruttura del materiale. Qui, presentiamo un procedimento ottimizzato per ottenere una buona dispersione del PNL nella matrice epossidica e per evitare pieghe delle nanoparticelle, che pro.......

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Gli autori vorrebbero riconoscere il Ministerio de Economía y Competitividad di Spagna Governo (Progetto MAT2013-46695-C3-1-R) e Comunidad de Madrid governo (P2013 / MIT-2862).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Nanopiastrine di grafeneXGScienceM25NA
Resina epossidica HuntsmanAraldite LY556NA
XB3473NA
Sonda sonicaHielscherUP400S Na
Mulino a tre rulliExaktExakt 80E (Exakt GmbH)NA
Tessuto in fibra di vetroHexcelHexForce ® 01031 1000 TF970 E UD 4H Na
Pressa a lama caldaFontijne Fontijne LabEcon300NA
DimensionamentoNanocylSizicylTMNA
MultimetroAlava IngenierosAgilent 34410A Na
EstensimetriVishayMicro-Measurement (MM®) CEA-06-187UW-120 Na
Macchina per prove meccanicheZwickZwick/Roell 100  kNNA
Vernice conduttiva argentoMonocomp16062 PELCO® Vernice conduttiva all'argentoNA

Riferimenti

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  1. Farrar, C. R., Worden, K. An introduction to structural health monitoring. Philos Trans Math Phys Eng Sci. 365, 303-315 (2007).
  2. Lorenzo, E. D., et al. Structural Health Monitoring challenges on the 10-MW offshore wind turbine model. J Phys Conf Ser

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Graphene NanoplateletsStrain SensingComposite MaterialsElectrical ResistanceFlexural TestSelf Sensing MaterialsStructural Health MonitoringFunctionalized GrapheneEpoxy MatrixGlass Fiber Fabric

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