2016년 11월 7일
유리 섬유 복합 재료에 이러한 그래 핀 나노 판 등의 도전성 나노 입자의 통합 균주에 민감 극한 전기 네트워크를 생성한다. 여기에서, 다른 방법은 에폭시 매트릭스로 또는 유리 섬유에 코팅이 제안되어 같은 그라 나노 판의 첨가에 기초 변형률 센서를 얻었다.
이 절차의 전반적인 목표는 구조적 건전성 모니터링을 위해 복합 재료에서 자체 감지 특성을 달성하는 것입니다. 이 방법은 해상 풍력 발전 단지 대신 변형 및 손상의 정량화 및 서버 수명 예측과 같은 해상 자동 감지 실패의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 구조 구성 요소 자체에서 손상을 감지할 수 있다는 것입니다.
이 방법은 복합 재료의 구조적 손상에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 부상 회복 중 생체 역학 분석과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다. 준비를 시작하려면 덕트가 없는 흄 후드에서 24g의 기능성 그래핀 나노플레이트와 DGEBA 단량체를 손으로 혼합합니다. f-GNP를 단량체로 분산시키려면 먼저 프로브 초음파 처리기로 혼합물을 45분 동안 초음파 처리합니다.
그런 다음 혼합물을 세 번 캘린더링하여 매번 롤러 속도를 높입니다. 분산 후 혼합물의 무게를 잰다. 저으면서 혼합물을 섭씨 80도까지 가열한 다음 혼합물을 진공 아래에 놓습니다.
15분 동안 저으면서 혼합물의 가스를 제거합니다. DGEBA 단량체와 경화제의 100:23 중량 비율로 경화제의 무게를 잰다. 진공에서 혼합물을 제거하고 자기 교반을 중지하십시오.
경화제를 넣고 균일해질 때까지 손으로 저어줍니다. 탈기 및 수동 혼합 후 f-GNP 에폭시 재료를 자기 교반 상태에서 섭씨 80도로 유지하십시오. 그런 다음 아세톤으로 강판을 청소하십시오.
천 가위를 사용하여 유리 섬유 직물 14 층을 원하는 치수로 자릅니다. 오븐에서 유리 직물을 섭씨 80도까지 데우십시오. 천과 같은 치수로 접착 방지 폴리머 필름 두 개를 자릅니다.
깨끗한 강판에 필름을 놓습니다. 브러시를 사용하여 f-GNP로 채워진 에폭시 층을 고분자 필름의 한 사각형에 적용합니다. 에폭시로 덮인 필름에 데워진 유리 섬유 플라스틱 한 칸을 조심스럽게 올려 에폭시와 필름이 완전히 덮이도록 합니다.
디에어링 롤러를 사용하여 재료를 압축합니다. 나머지 천이 모두 사용될 때까지 에폭시와 천 층을 계속 적용하고 매번 압축합니다. 에폭시의 마지막 한 층을 바르고 라미네이트 위에 나머지 사각형의 접착 방지 폴리머 필름을 놓습니다.
증가하는 압력으로 핫 플레이트 프레스에서 라미네이트를 경화시킵니다. 덕트가 없는 흄 후드에서 증류수에 사이징제의 일대일 혼합물을 준비합니다. 여기에 7.5g의 f-GNP를 추가하십시오.
흄 후드에서 혼합물을 제거하고 프로브 초음파 처리로 나노 혈소판을 분산시킵니다. 유리 섬유 천 14개를 잘라냅니다. Dip Coater를 사용하여 f-GNP로 채워진 크기로 유리 직물을 코팅합니다.
그런 다음 코팅된 천을 진공 오븐에서 말리십시오. 아세톤으로 강판을 청소하십시오. 강판에 유리 섬유 직물 사각형과 동일한 치수의 접착 방지 폴리머 필름 사각형을 놓습니다.
코팅된 유리 섬유 직물 14개를 폴리머 필름에 놓고 가장자리가 정렬되도록 합니다. 그런 다음 접시와 천을 진공 백에 넣습니다. 밀봉 테이프를 사용하여 진공 백을 밀봉하십시오.
가방을 섭씨 80도의 오븐에서 예열합니다. 교반하는 동안 진공 상태에서 DGEBA 단량체의 가스를 제거합니다. 경화제를 100:23 단량체 대 경화제 중량 비율로 첨가하고 균질해질 때까지 저어줍니다.
진공 펌프를 진공 백에 연결하고 누출 점검을 수행합니다. 긴 길이의 폴리머 튜브를 백에 연결하고 열린 끝을 에폭시 수지에 담그십시오. 진공 펌프를 켜서 수지를 백으로 끌어들입니다.
유리 섬유 더미가 에폭시 수지로 완전히 적시면 펌프를 끄고 백을 밀봉합니다. 백의 라미네이트를 섭씨 140도의 오븐에서 8시간 동안 경화시킵니다. 그런 다음 진공 백에서 경화된 라미네이트를 제거합니다.
변형률 테스트 준비를 시작하려면 라미네이트 샘플을 가공하십시오. 그런 다음 샘플 표면을 아세톤으로 청소합니다. 은색 아크릴 전도성 페인트를 사용하여 각 샘플에 20mm 간격으로 두 개의 좁은 선을 그립니다.
전극 역할을 하기 위해 젖은 은색 페인트를 따라 가는 구리선을 평평하게 놓습니다. 페인트가 마르면 핫멜트 접착제로 와이어를 제자리에 고정합니다. 굴곡 시험을 위한 기계적 시험기를 구성합니다.
각 샘플에 대해 샘플을 기계에 넣기 전에 캘리퍼로 너비와 두께를 측정합니다. 샘플의 크기와 위치에 맞게 테스트 속도와 시작 위치를 설정합니다. 전기 접점을 멀티미터에 연결하고 접점 사이의 초기 전기 저항을 측정합니다.
굴곡 시험을 실행하여 전체적으로 저항을 모니터링합니다. 변형 테스트를 준비하기 위해 f-GNP 유리 섬유 직물을 10mm 너비의 스트립으로 자릅니다. 그리고 구리선을 은색 전도성 페인트와 핫멜트 접착제로 직물에 고정합니다.
다음으로, 핫멜트 접착제를 사용하여 니트릴 장갑의 엄지와 처음 세 손가락에 f-GNP 유리 섬유 패브릭 밴드를 부착합니다. 각 손가락의 천을 가로지르는 초기 전기 저항을 측정합니다. 전기 저항을 기록하는 동안 손가락으로 구부리는 시퀀스를 수행합니다.
먼저 엄지손가락을 구부린 다음 검지, 중지, 약지를 구부립니다. 모든 손가락을 동시에 구부립니다. 그런 다음 속도를 높이면서 엄지 손가락에서 약지로 또는 그 반대로 시퀀스를 반복합니다.
f-GNP를 유리 섬유에 통합하면 재료의 전기 전도성이 증가하며, 이는 유도 변형에 의해 영향을 받습니다. 정규화된 전기 저항은 굴곡 변형률이 증가함에 따라 증가합니다. 고장 지점에서 유리 섬유가 파손되면 전기 네트워크가 중단되며, 이는 정규화된 저항의 급증으로 간주됩니다.
니트릴 장갑의 손가락에 f-GNP 유리 섬유 직물을 적용하면 저항의 변화에 따라 각 손가락의 굽힘과 움직임의 지속 시간을 추적할 수 있습니다. f-GNP 에폭시 및 f-GNP 유리 섬유 복합 재료에 압축 및 인장 변형을 가하면 전기 저항의 약간 다른 변화 패턴이 유발되었습니다. 일정 수준의 압축 변형률 이하에서는 정규화된 전기 저항이 변형률이 증가함에 따라 점차 감소합니다.
그 외에도 저항이 증가합니다. 그러나 정규화된 전기 저항은 인장 변형률에 따라 전체적으로 증가합니다. 개발 후 이 기술은 재료 감지, 모니터링 분야의 연구원들이 구조 구성 요소의 손상을 조사할 수 있는 길을 열었습니다.
이 비디오를 시청한 후에는 자체 감지 복합 재료를 준비하는 방법과 실시간으로 모니터링하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
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이 연구는 구조 건강 모니터링을 위한 자체 감지 속성을 개발하기 위해 전도성 나노입자, 특히 그래핀 나노플레이트를 복합 재료에 통합하는 방법을 탐색합니다. 제안된 방법은 복합 재료의 변형 및 손상 감지를 향상시키는 것을 목표로 하며, 해상 풍력 발전소 및 생체역학 분석에 잠재적인 응용 가능성이 있습니다.
This work demonstrates how graphene nanoplatelet-reinforced composites enable self-sensing capabilities for real-time strain detection, offering a pathway to reduce reliance on external sensors in structural health monitoring. The approach supports predictive maintenance in hard-to-access environments such as offshore wind farms by embedding sensing functionality directly into load-bearing materials. Its extension to biomechanical monitoring via smart fabrics highlights translational relevance for monitoring human movement in rehabilitation and wearable technology development.
The method positions self-sensing composites as an enabling technology across early discovery (mechanistic de-risking), screening (assay-ready strain readouts), and translational research (wearable biomechanical monitoring), with reuse potential in both material and biological systems.