$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Monitorowanie stanu konstrukcji (SHM) staje się coraz ważniejsze ze względu na potrzebę poznania pozostałej żywotności struktur1-3. W dzisiejszych czasach trudno dostępne lokalizacje, takie jak morskie elektrownie wiatrowe, prowadzą do większego ryzyka w operacjach konserwacyjnych, a także większych kosztów2-4. Materiały samowykrywające stanowią jedną z możliwości w dziedzinie SHM ze względu na ich zdolność do samokontroli naprężeń i uszkodzeń5.
W przypadku turbin wiatrowych, łopaty są zazwyczaj produkowane z materiałów kompozytowych z włókna szklanego/epoksydowego, które są izolatorami elektrycznymi. Aby nadać temu materiałowi kompozytowemu właściwości samowykrywające, należy stworzyć wewnętrzną sieć elektryczną podatną na naprężenia i uszkodzenia. W ciągu ostatnich kilku lat badano włączenie przewodzących nanocząstek, takich jak nanodruty srebra6,7, nanorurki węglowe (CNT)8-10 i nanopłytki grafenu (GNPs)11-13 w celu stworzenia tej sieci elektrycznej. Te nanocząstki mogą być włączone do systemu jako wypełniacz do matrycy polimerowej lub poprzez powlekanie tkaniny z włókna szklanego14. Materiały te mogą być również stosowane w innych dziedzinach przemysłu, tj. w lotnictwie i kosmonautyce, motoryzacji i inżynierii lądowej5, a tkaniny powlekane mogą być wykorzystywane jako materiały inteligentne w zastosowaniach biomechanicznych7,15.
Piezorezystywność tych czujników jest osiągana dzięki trzem różnym wkładom. Pierwszym wkładem jest wewnętrzna piezorezystywność nanocząstek; Odkształcenie struktury zmienia przewodność elektryczną nanocząstek. Jednak głównym wkładem są zmiany oporu elektrycznego tunelu, spowodowane modyfikacjami odległości między sąsiednimi nanocząstkami, oraz elektryczna rezystancja kontaktowa, spowodowana zmianami w obszarze styku między leżącymi nad nimi nanocząstkami9. Ta piezorezystywność jest wyższa, gdy nanocząstki 2D są używane jako nanowypełniacze w porównaniu z nanocząstkami 1D, ponieważ sieć elektryczna wykazuje większą podatność na zmiany geometryczne i nieciągłości, zwykle o jeden rząd wielkości wyższą16.
Ze względu na charakter atomowy 2D17 i wysoką przewodność elektryczną18,19, nanopłytki grafenu zostały wybrane w tej pracy jako nano-wzmacniacz wieloskalowych materiałów kompozytowych w celu uzyskania autoczujników o zwiększonej czułości. Badane są dwa różne sposoby włączania GNP do materiału kompozytowego w celu wyjaśnienia możliwych różnic w mechanizmach wykrywania i czułości.