Name: Wykrywanie odkształceń oparte na wieloskalowych materiałach kompozytowych wzmocnionych nanopłytkami grafenu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: Poznaj metodę tworzenia samowykrywających kompozytów z nanopłytkami grafenu do monitorowania stanu konstrukcji. Technika umożliwia wykrywanie odkształceń w czasie rzeczywistym w farmach wiatrowych offshore i analizie biomechanicznej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Autorzy chcieliby podziękować Ministerio de Economía y Competitividad rządu Hiszpanii (Projekt MAT2013-46695-C3-1-R) oraz rządowi Comunidad de Madrid (P2013/MIT-2862).

1. Przygotowanie żywicy epoksydowej wypełnionej funkcjonalizowanymi nanopłytkami grafenowymi do wielkoskalowych materiałów kompozytowych
<ol>
	<li>Rozprosz funkcjonalizowane nanopłatki grafenowe (f-GNPs) w żywicy epoksydowej.
	<ol>
		<li>Odważ 24,0 g f-GNPs, aby uzyskać 12% wag. w końcowym materiale nanokompozytowym, wykonując czynność w dygestorium bezwyciągowym.</li>
		<li>Dodaj 143,09 g monomeru diglicydyloeteru bisfenolu A (DGEBA) i mieszaj ręcznie do uzyskania homogeniczności.</li>
		<li>Rozprosz f-GNPs w monomerze metodą dwuetapową, łączącą sonikację sondą i proces kalandrowania20.
		<ol>
			<li>Poddaj mieszaninę sonikacji przy amplitudzie 50% i cyklu 0,5 s przez 45 min.</li>
			<li>Zastosuj 3 cykle kalandrowania, używając szczeliny wałka 5 µm i zwiększając prędkość wałka w każdym cyklu: 250 rpm, 30 rpm i 350 rpm.</li>
			<li>Odważ mieszaninę f-GNP/monomer po zakończeniu procesu rozpraszania.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Odgazuj mieszaninę f-GNP/monomer w próżni przy mieszaniu magnetycznym w temperaturze 80 °C przez 15 min.</li>
		<li>Odważ i dodaj utwardzacz w stosunku wagowym 10:23 (monomer:utwardzacz), a następnie mieszaj ręcznie do uzyskania homogeniczności.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Powlekanie tkaniny szklanej sizingiem (zawiesiną) wypełnionym funkcjonalizowanymi nanoksiarkami grafenowymi dla wieloskalowych materiałów kompozytowych
<ol>
	<li>Dyspersja funkcjonalizowanych nanopłytek grafenowych w preparacie do sizingu.
	<ol>
		<li>Odważić 7,5 g f-GNPs (ilość niezbędna do uzyskania stężenia 5% wag.) i przelać do 142,5 g rozpuszczalnika (preparat do sizingu/woda destylowana określona w pkt 2.1.2) wewnątrz bezkanałowej dygestorii.</li>
		<li>Przygotować mieszaninę f-GNPs i preparatu do sizingu rozcieńczonego wodą destylowaną (1:1 wag.) wewnątrz bezkanałowej dygestorii. Po dodaniu wody destylowanej dalsze prace można prowadzić poza dygestorią.</li>
		<li>Przeskalować GNPs za pomocą sonikacji sondą przez 45 min przy amplitudzie 50% i cyklu 0,5 s.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powlekanie tkaniny szklanej preparatem do sizingu z dodatkiem f-GNP.
	<ol>
		<li>Za pomocą nożyczek odpowiednich do cięcia tkanin wyciąć 14 warstw tkaniny szklanej o wymiarach 120 х 120 mm2, a następnie powlec je mieszaniną f-GNPs i preparatu do sizingu (2.1.3) metodą dip-coatingu (jednorazowe zanurzenie) przy użyciu urządzenia do powlekania zanurzeniowego w preparacie do sizingu z f-GNP.</li>
		<li>Suszyć powlekaną f-GNP tkaninę szklaną w suszarce próżniowej w temperaturze 150 °C przez 24 h, zgodnie z kartami technicznymi dostarczonymi przez producenta.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Wytwarzanie wieloskalowych materiałów kompozytowych
<ol>
	<li>Wytwarzanie materiałów kompozytowych f-GNP/epoksydowych.
	<ol>
		<li>Po odpowietrzeniu mieszaniny utrzymuj żywicę epoksydową wypełnioną f-GNP w mieszaniu magnetycznym w temperaturze 80 °C przez cały proces wytwarzania.</li>
		<li>Umieść 14 warstw tkaniny szklanej w piekarniku w temperaturze 80 °C.</li>
		<li>Alternatywnie, nakładaj ręcznie na metalową płytę naprzemiennie warstwę epoksydu wypełnionego f-GNP oraz warstwę tkaniny szklanej (14 warstw), używając wałka do odpowietrzania po ułożeniu każdej warstwy tkaniny.
		<ol>
			<li>Używając nożyczek, wytnij i połóż antyadhezyjną folię polimerową (120 х 120 mm2) na stalowej płycie.</li>
			<li>Nałóż warstwę mieszaniny f-GNP/epoksydowej na antyadhezyjną folię polimerową za pomocą pędzla. Połóż warstwę tkaniny szklanej. Zwróć uwagę na dokładne pokrycie obszaru mieszaniną f-GNP/epoksydową oraz wyrównanie poszczególnych warstw tkaniny. Usuń powietrze i zagęść warstwy, używając wałka do odpowietrzania.</li>
			<li>Powtarzaj krok 3.1.3.2 aż do ułożenia wszystkich warstw laminatu.</li>
			<li>Nałóż końcową warstwę mieszaniny f-GNP/epoksydowej pędzlem i przykryj laminat kolejną warstwą antyadhezyjnej folii polimerowej.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Po ułożeniu wszystkich warstw tkaniny utwardź laminat w prasie z płytą grzewczą w temperaturze 140 °C przez 8 hr, zwiększając ciśnienie do 6 bars.</li>
		<li>Wyjmij utwardzony laminat z prasy z płytą grzewczą.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytwarzanie materiałów kompozytowych f-GNP/włókno szklane metodą infuzji żywicy wspomaganej próżniowo (VARIM).
	<ol>
		<li>Przygotuj metalową płytę, na której przeprowadzany będzie proces VARIM.
		<ol>
			<li>Oczyść powierzchnię stalowej płyty acetonem.</li>
			<li>Połóż antyadhezyjną folię polimerową na stalowej płycie.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Ułóż na płycie sekwencję tkaniny szklanej powlekanej f-GNP (14 warstw o wymiarach 120 х 120 mm2). Upewnij się, że warstwy tkaniny są wyrównane wizualnie i dotykowo.</li>
		<li>Uszczelnij worek próżniowy taśmą uszczelniającą do procesu VARIM i wstępnie podgrzej system w temperaturze 80 °C w piekarniku.</li>
		<li>Odpowietrz monomer DGEBA pod próżnią i w mieszaniu magnetycznym w temperaturze 80 °C przez 15 min. Dodaj utwardzacz w stosunku masowym 10:23 (monomer:utwardzacz) i mieszaj do uzyskania homogeniczności.</li>
		<li>Wprowadź żywicę epoksydową w temperaturze 80 °C za pomocą pompy próżniowej połączonej z workiem próżniowym rurką polimerową, aż stos tkaniny szklanej zostanie całkowicie wypełniony żywicą epoksydową, a następnie utwardz laminat w piekarniku w temperaturze 140 °C przez 8 hr.</li>
		<li>Wyjmij utwardzony laminat z piekarnika i usuń worek próżniowy oraz materiały pomocnicze.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Przygotowanie próbek do testów czujników odkształceń
<ol>
	<li>Obrób próbki (frezarka CNC - Computer Numerical Control) laminatów wielkoskalowych do wymiarów wymaganych dla prób zginania zgodnie z normą ASTM D790-0221 oraz wytnij paski tkaniny szklanej o szerokości 10 mm w celu zbadania czułości odkształceniowej tkaniny powlekanej f-GNP. 
	UWAGA: Próbki są mocowane do stołu obróbczego za pomocą taśmy klejącej i obrabiane przy użyciu następujących parametrów: prędkość posuwu 500 mm/min, prędkość obrotowa 5 00 min-1 oraz głębokość skoku 0,1 mm.</li>
	<li>Ostrożnie oczyść powierzchnię obrobionych próbek acetonem, aby usunąć pył.</li>
	<li>Nanieś linie ze srebra (akrylowej farby przewodzącej) na powierzchnię materiałów w odstępach 20 mm, aby zminimalizować rezystancję styku elektrycznego, a następnie przyklej miedziane przewody do mokrych srebrnych linii jako elektrody, aby umożliwić pomiar rezystancji elektrycznej podczas testów. 
	UWAGA: Styki elektryczne znajdują się na obu powierzchniach: powierzchniach ściskanych oraz powierzchniach poddanych rozciąganiu.</li>
	<li>Po wyschnięciu srebrnej farby utrwal styki elektryczne klejem na gorąco, aby zapobiec ich odklejeniu.</li>
</ol>
5. Testowanie czujnika odkształceń
<ol>
	<li>Analiza zachowania elektrycznego czujników pod obciążeniem zginającym (próba zginania trójpunktowego).
	<ol>
		<li>Zmierz szerokość i grubość próbki za pomocą suwmiarki.</li>
		<li>Umieść próbkę w maszynie do badań mechanicznych w konfiguracji do testu zginania.</li>
		<li>Ustaw prędkość testu (sterowaną odkształceniem) na 1 mm/min oraz pozycję startową definiującą początkową długość próbki.</li>
		<li>Podłącz styki elektryczne do multimetru. Zmierz rezystancję elektryczną pomiędzy każdą dwiema sąsiednimi stykami elektrycznymi zgodnie z opisem na Rysunku 1.</li>
		<li>Przeprowadź próbę zginania i jednocześnie monitoruj rezystancję elektryczną, aby zbadać zmiany wynikające z wywołanego odkształcenia próbki.</li>
		<li>Powtórz wszystkie kroki dla co najmniej 3 próbek materiałów kompozytowych f-GNP/epoksyd oraz f-GNP/włókno szklane, aby potwierdzić zachowanie elektryczne materiałów kompozytowych.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Zbrojenie włóknem węglowym, badanie integralności strukturalnej, schemat analizy materiału kompozytowego." src="/files/ftp_upload/54512/54512fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Konfiguracja kontaktów elektrycznych w badaniach zginania wielkoskalowych materiałów kompozytowych. Elektrody miedziane mocuje się na powierzchni materiałów kompozytowych, wykorzystując linie z farby srebrnej (kolor szary), aby zminimalizować rezystancję kontaktu elektrycznego. <a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/54512/54512fig1large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<ol start="2">
	<li>Analiza f-GNP/tkaniny szklanej jako czujników odkształceń ruchów ludzkich.
	<ol>
		<li>Monitorowanie zginania palców.
		<ol>
			<li>Przymocuj paski z tkaniny szklanej do każdego z palców rękawicy nitrylowej za pomocą kleju na gorąco na powierzchni wewnętrznej, zgodnie z Rysunkiem 2.</li>
			<li>Powtórz krok 5.1.4, mierząc oporność elektryczną styków umieszczonych na tym samym palcu.</li>
			<li>Rozpocznij sekwencję zginania palców, aby monitorować i mierzyć oporność elektryczną podczas zginania. Sekwencja zginania palców w tym konkretnym przypadku to: (1) kciuk, (2) palec wskazujący, (3) palec środkowy, (4) palec serdeczny, (5) wszystkie palce jednocześnie oraz (6) sekwencja zginania (wyższa prędkość): (1), (2), (3), (4), (4), (3), (2) i (1).</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Konfiguracja czujnika w rękawicy; schemat przedstawia technologię ubieralną do sensoryki dotykowej, analiza danych w biomechanice." src="/files/ftp_upload/54512/54512fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 2"> 
Rysunek 2. Położenie pasm f-GNP/włókno szklane na wewnętrznej powierzchni palców rękawiczki nitrylowej w celu monitorowania zginania palców. Po powleczeniu i wysuszeniu tkaniny z włókna szklanego wycina się pasy o szerokości 10 mm i przymocowuje je do różnych palców rękawicy w celu monitorowania zgięcia palców oraz potwierdzenia wykonalności opisanego powyżej protokołu. <a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/54512/54512fig2large.jpg" target="_blank">Prosimy o kliknięcie tutaj w celu wyświetlenia powiększonej wersji tej figury.</a>

<ol><li>Farrar, C. R., Worden, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+introduction+to+structural+health+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Philos+Trans+Math+Phys+Eng+Sci%22%5BJournal%5D)">An introduction to structural health monitoring.</a> Philos Trans Math Phys Eng Sci. 365, 303-315 (2007).</li>
<li>Lorenzo, E. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+Health+Monitoring+challenges+on+the+10-MW+offshore+wind+turbine+model%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Conf+Ser%22%5BJournal%5D)">Structural Health Monitoring challenges on the 10-MW offshore wind turbine model.</a> J Phys Conf Ser. 628, 012081(2015).</li>
<li>Braga, D. F. O. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+design+for+lightweight+structures%3A+Review+and+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22Prog+Aerosp+Sci%22%5BJournal%5D)">Advanced design for lightweight structures: Review and prospects.</a> Prog Aerosp Sci. 69, 29-39 (2014).</li>
<li>Garcìa Márquez, F. P., Tobias, A. M., PinarPérez, J. M., Papaelias, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Condition+monitoring+of+wind+turbines%3A+Techniques+and+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Renew+Energy%22%5BJournal%5D)">Condition monitoring of wind turbines: Techniques and methods.</a> Renew Energy. 46, 169-178 (2012).</li>
<li>Chung, D. D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-monitoring+structural+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Sci+Eng+R+Reports%22%5BJournal%5D)">Self-monitoring structural materials.</a> Mater Sci Eng R Reports. 22, 57-78 (1998).</li>
<li>Kandare, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+the+through-thickness+thermal+and+electrical+conductivity+of+carbon+fibre%2Fepoxy+laminates+by+exploiting+synergy+between+graphene+and+silver+nano-inclusions%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Part+A+Appl+Sci+Manuf%22%5BJournal%5D)">Improving the through-thickness thermal and electrical conductivity of carbon fibre/epoxy laminates by exploiting synergy between graphene and silver nano-inclusions.</a> Compos Part A Appl Sci Manuf. 69, 72-82 (2015).</li>
<li>Amjadi, M., Pichitpajongkit, A., Lee, S., Ryu, S., Park, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+stretchable+and+sensitive+strain+sensor+based+on+silver+nanowire-elastomer+nanocomposite%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Highly stretchable and sensitive strain sensor based on silver nanowire-elastomer nanocomposite.</a> ACS Nano. 8, 5154-5163 (2014).</li>
<li>Alamusi, H. N., Fukunaga, H., Atobe, S., Liu, Y., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoresistive+strain+sensors+made+from+carbon+nanotubes+based+polymer+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Piezoresistive strain sensors made from carbon nanotubes based polymer nanocomposites.</a> Sensors. 11, 10691-10723 (2014).</li>
<li>Njuguna, M. K. K., Yan, C., Hu, N., Bell, J. M. M., Yarlagadda, P. K. D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sandwiched+carbon+nanotube+film+as+strain+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Part+B+Eng%22%5BJournal%5D)">Sandwiched carbon nanotube film as strain sensor.</a> Compos Part B Eng. 43, 2711-2717 (2012).</li>
<li>Liu, Y., Rajadas, A., Chattopadhyay, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+biomimetic+structural+health+monitoring+approach+using+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22JOM%22%5BJournal%5D)">A biomimetic structural health monitoring approach using carbon nanotubes.</a> JOM. 64, 802-807 (2012).</li>
<li>Eswaraiah, V., Balasubramaniam, K., Ramaprabhu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functionalized+graphene+reinforced+thermoplastic+nanocomposites+as+strain+sensors+in+structural+health+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mater+Chem%22%5BJournal%5D)">Functionalized graphene reinforced thermoplastic nanocomposites as strain sensors in structural health monitoring.</a> J Mater Chem. 21, 12626-12628 (2011).</li>
<li>Chiacchiarelli, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+irreversible+and+reversible+phenomena+in+the+piezoresistive+behavior+of+graphene+epoxy+nanocomposites+applied+to+structural+health+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">The role of irreversible and reversible phenomena in the piezoresistive behavior of graphene epoxy nanocomposites applied to structural health monitoring.</a> Compos Sci Technol. 80, 73-79 (2013).</li>
<li>Le, J., Du, H., Dai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+2D+Graphene+Nanoplatelets+%28GNP%29+in+cement+composites+for+structural+health+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Part+B%22%5BJournal%5D)">Use of 2D Graphene Nanoplatelets (GNP) in cement composites for structural health evaluation.</a> Compos Part B. 67, 555-563 (2014).</li>
<li>Ren, X., Burton, J., Seidel, G. D., Lafdi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computational+multiscale+modeling+and+characterization+of+piezoresistivity+in+fuzzy+fiber+reinforced+polymer+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Solids+Struct%22%5BJournal%5D)">Computational multiscale modeling and characterization of piezoresistivity in fuzzy fiber reinforced polymer composites.</a> Int J Solids Struct. 54, 121-134 (2015).</li>
<li>Park, M., Park, J., Jeong, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+conductive+composite+elastomers+for+stretchable+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Today%22%5BJournal%5D)">Design of conductive composite elastomers for stretchable electronics.</a> Nano Today. 9, 244-260 (2014).</li>
<li>Kim, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+piezoresistive+nano+smart+hybrid+material+based+on+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Preparation of piezoresistive nano smart hybrid material based on graphene.</a> Curr Appl Phys. 11, S350-S352 (2011).</li>
<li>Sadeghi, M. M., Pettes, M. T., Shi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+transport+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Solid+State+Commun%22%5BJournal%5D)">Thermal transport in graphene.</a> Solid State Commun. 152, 1321-1330 (2012).</li>
<li>Potts, J. R., Dreyer, D. R., Bielawski, C. W., Ruoff, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene-based+polymer+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Graphene-based polymer nanocomposites.</a> Polymer. 52, 5-25 (2011).</li>
<li>Zaman, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+facile+approach+to+chemically+modified+graphene+and+its+polymer+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">A facile approach to chemically modified graphene and its polymer nanocomposites.</a> Adv Funct Mater. 22, 2735-2743 (2012).</li>
<li>Moriche, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphological+changes+on+graphene+nanoplatelets+induced+during+dispersion+into+an+epoxy+resin+by+different+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Part+B+Eng%22%5BJournal%5D)">Morphological changes on graphene nanoplatelets induced during dispersion into an epoxy resin by different methods.</a> Compos Part B Eng. 72, 199-205 (2015).</li>
<li>ASTM International. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22ASTM+D790-15e2%2C+Standard+Test+Methods+for+Flexural+Properties+of+Unreinforced+and+Reinforced+Plastics+and+Electrical+Insulating+Materials%22">ASTM D790-15e2, Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials</a>. , West Conshohocken, PA. 
 <a target="_blank" href="http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi, ">http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi, </a> D790(2015).</li>
<li>Gong, S., Zhu, Z. H., Meguid, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nanotube+agglomeration+effect+on+piezoresistivity+of+polymer+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Carbon nanotube agglomeration effect on piezoresistivity of polymer nanocomposites.</a> Polymer. 55, 5488-5499 (2014).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-sensitive+strain+sensors+based+on+piezoresistive+nanographene+films%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Ultra-sensitive strain sensors based on piezoresistive nanographene films.</a> Appl Phys Lett. 101, 063112(2012).</li>
<li>Galpaya, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+fabrication+and+characterization+of+graphene-polymer+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Graphene%22%5BJournal%5D)">Recent advances in fabrication and characterization of graphene-polymer nanocomposites.</a> Graphene. 1, 30-49 (2012).</li>
<li>Kanoun, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+Carbon+Nanotube+Films+for+High+Performance+Strain+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Flexible Carbon Nanotube Films for High Performance Strain Sensors.</a> Sensors. 14, 10042-10071 (2014).</li>
<li>Zaman, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epoxy%2Fgraphene+platelets+nanocomposites+with+two+leves+of+interface+strength%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Epoxy/graphene platelets nanocomposites with two leves of interface strength.</a> Polymer. 52, 1603-1611 (2011).</li>
<li>Chu, K., Li, W. S., Dong, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+graphene+waviness+on+the+thermal+conductivity+of+graphene+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+A%22%5BJournal%5D)">Role of graphene waviness on the thermal conductivity of graphene composites.</a> Appl Phys A. 111, 221-225 (2013).</li>
<li>Monti, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphology+and+electrical+properties+of+graphene-epoxy+nanocomposites+obtained+by+different+solvent+assisted+processing+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Compos+Part+A%22%5BJournal%5D)">Morphology and electrical properties of graphene-epoxy nanocomposites obtained by different solvent assisted processing methods.</a> Compos Part A. 46, 166-172 (2013).</li>
<li>Moazzami Gudarzi, M., Sharif, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+dispersion+and+bonding+of+graphene-polymer+through+wet+transfer+of+functionalized+graphene+oxide%5BTitle%5D)+AND+%22Express+Polym+Lett%22%5BJournal%5D)">Enhancement of dispersion and bonding of graphene-polymer through wet transfer of functionalized graphene oxide.</a> Express Polym Lett. 6, 1017-1031 (2013).</li>
<li>Fan, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication%2C+mechanical+properties+and+biocompatibility+of+graphene-reinforced+chitosan+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Fabrication, mechanical properties and biocompatibility of graphene-reinforced chitosan composites.</a> Biomacromolecules. 11, 2345-2351 (2010).</li>
<li>Teomete, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transverse+strain+sensitivity+of+steel+fiber+reinforced+cement+composites+tested+by+compression+and+split+tensile+tests%5BTitle%5D)+AND+%22Constr+Build+Mater%22%5BJournal%5D)">Transverse strain sensitivity of steel fiber reinforced cement composites tested by compression and split tensile tests.</a> Constr Build Mater. 55, 136-145 (2014).</li>
<li>Nauman, S., Cristian, I., Koncar, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+Application+of+Fibrous+Piezoresistive+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Simultaneous Application of Fibrous Piezoresistive Sensors.</a> Sensors. 11, 9478-9498 (2011).</li>
<li>Han, B., Ding, S., Yu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+self-sensing+concrete+and+structures+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement%22%5BJournal%5D)">Intrinsic self-sensing concrete and structures A review.</a> Measurement. 59, 110-128 (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Właściwości samoczujnikowe nanowzmocnionych materiałów kompozytowych wynikają z sieci elektrycznej tworzonej przez f-GNP przez matrycę epoksydową i wzdłuż włókien szklanych, która jest modyfikowana podczas indukowania odkształcenia. Dyspersja f-GNP jest wtedy kluczowa, ponieważ zachowanie elektryczne czujników silnie zależy od mikrostruktury materiału. W tym miejscu przedstawiamy zoptymalizowaną procedurę mającą na celu osiągnięcie dobrej dyspersji GNP w matrycy epoksydowej i uniknięcie marszczenia się nanocząstek, co po...

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.

<table><tbody><tr><td>Nanopłytki grafenu</td><td>XGScience</td><td>M25</td><td>NA</td></tr><tr><td>Żywica epoksydowa&nbsp;</td><td>Huntsman</td><td>Araldite LY556</td><td>NA</td></tr><tr><td>XB3473</td><td>NA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sonikacja sondy</td><td>Hielscher&nbsp;</td><td>UP400S&nbsp;</td><td>nie</td></tr><tr><td>Młyn trójwalcowy</td><td>Exakt</td><td>Exakt 80E (Exakt GmbH)</td><td>NA</td></tr><tr><td>Tkanina z włókna szklanego</td><td>Hexcel</td><td>HexForce &reg; 01031 1000 TF970 E UD 4H&nbsp;</td><td>nie</td></tr><tr><td>Prasa do płyt grzejnych</td><td>Fontijne&nbsp;</td><td>Fontijne LabEcon300</td><td>NA</td></tr><tr><td>Rozmiary</td><td>Nanocyl</td><td>SizicylTM</td><td>NA</td></tr><tr><td>Multimetr</td><td>Alava Ingenieros</td><td>Agilent 34410A&nbsp;</td><td>nie</td></tr><tr><td>Czujniki tensometryczne</td><td>Vishay</td><td>Mikropomiar (MM&reg;) CEA-06-187UW-120&nbsp;</td><td>nie</td></tr><tr><td>Maszyna do prób mechanicznych</td><td>Zwick</td><td>Zwick/Roell 100&nbsp; kN</td><td>NA</td></tr><tr><td>Farba srebrna przewodząca</td><td>Monocomp</td><td>16062 &ndash; PELCO&reg; Przewodząca srebrna farba</td><td>NA</td></tr></tbody></table>

wykrywanie odkształceń oparte na wieloskalowych materiałach kompozytowych wzmocnionych nanopłytkami grafenu

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

Zbadano reakcję elektryczną funkcjonalizowanych przez NH2 materiałów kompozytowych z nanopłytek grafenu pod obciążeniem. W niniejszej pracy zaproponowano dwie różne metody wytwarzania w celu stworzenia sieci elektrycznej: (a) włączenie nanopłytek krwi do matrycy epoksydowej oraz (b) pokrycie tkaniny szklanej klejeniem wypełnionym tymi samymi nanopłytkami. Oba rodzaje wieloskalowych materiałów kompozytowych, o przewodności elektrycznej w płaszczyźnie ~10-3 S/m, wykazały wykładniczy wzrost oporu elektrycznego wraz ze wzrostem odkształcenia w wyniku odległości między sąsiednimi funkcjonalizowanymi nanopłytkami grafenu i utratą kontaktu między leżącymi nad nimi. Wykazano, że czułość materiałów analizowanych podczas tych badań, przy zastosowaniu opisanych procedur, jest wyższa niż dostępnych na rynku tensometrów. Proponowane procedury samowykrywania strukturalnego materiału kompozytowego ułatwiłyby monitorowanie stanu konstrukcji komponentów w trudno dostępnych miejscach, takich jak morskie farmy wiatrowe. Chociaż czułość wieloskalowych materiałów kompozytowych była znacznie wyższa niż czułość folii metalicznych stosowanych jako tensometry, wartość osiągnięta w przypadku tkanin pokrytych funkcjonalizowanymi nanopłytkami grafenu NH2 była prawie o rząd wielkości lepsza. Wyniki te wykazały ich potencjał do wykorzystania jako inteligentne tkaniny do monitorowania ruchów człowieka, takich jak zginanie palców lub kolan. Dzięki zastosowaniu proponowanej metody inteligentna tkanina może natychmiast wykryć zgięcie i natychmiast odzyskać sprawność. Fakt ten pozwala na precyzyjne monitorowanie czasu gięcia, a także stopnia zgięcia.

Protokół otrzymywania dwóch różnych materiałów został opisany w procedurze. Różnica polega na sposobie wprowadzenia nanowzmocnienia do materiału kompozytowego w celu uzyskania sieci elektrycznej, która mogłaby zostać wykorzystana do monitorowania odkształceń. Pierwsza metoda polega na powleczeniu tkaniny z włókna szklanego sizingiem z f-GNP, co pozwala na zastosowanie jej jako inteligentnej tkaniny (nazwanej f-GNP/glass fiber) lub jako wzmocnienia wieloskalowych materiałów kompozytowych o...

Integracja przewodzących nanocząstek, takich jak nanopłytki grafenu, z materiałami kompozytowymi z włókna szklanego tworzy wewnętrzną sieć elektryczną podatną na obciążenia. W tym miejscu proponuje się różne metody otrzymywania czujników tensometrycznych oparte na dodaniu nanopłytek grafenu do matrycy epoksydowej lub jako powłoki na tkaninach szklanych.

Wykrywanie odkształceń oparte na wieloskalowych materiałach kompozytowych wzmocnionych nanopłytkami grafenu

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest uzyskanie właściwości samoczujnych w materiałach kompozytowych na potrzeby monitorowania stanu technicznego konstrukcji. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące automatycznego wykrywania awarii na morzu, takie jak ilościowe określenie odkształcenia i uszkodzeń w obrębie morskich farm wiatrowych oraz prognozowanie ich żywotności. Główną zaletą tej techniki jest możliwość wykrycia uszkodzeń przez sam element konstrukcyjny.Choć metoda ta pozwala na analizę uszkodzeń strukturalnych materiałów kompozytowych, można ją zastosować również w innych systemach, takich jak analiza biomechaniczna podczas rekonwalescencji po urazie. Aby rozpocząć przygotowanie, w bezdymnej szafie z wyciągiem wymieszaj ręcznie 24 g funkcjonalizowanych nanopłytek grafenowych z monomerem DGEBA. W celu dyspersji f-GNPs w monomerze, najpierw poddaj mieszaninę sonikacji za pomocą sonikatora procesowego przez 45 minut.Następnie poddaj mieszaninę kalandrowaniu trzykrotnie, zwiększając za każdym razem prędkość wałków. Po dyspersji zważ mieszaninę. Podgrzej mieszaninę do 80 °C przy jednoczesnym mieszaniu, a następnie poddaj ją działaniu próżni.Odgazuj mieszan

strain-sensing-based-on-multiscale-composite-materials-reinforced

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

W tej pracy, rusztowania z poli(kwasu mlekowego)/glikolu polietylenowego (PLA/PEG) zostały przygotowane przy użyciu kombinacji mieszania stopionego i selektywnego ługowania. Omawiana tu metoda pozwoliła na opracowanie rusztowań trójwarstwowych poprzez ścisłą kontrolę zarówno porowatości, jak i wielkości porów. Właściwości mechaniczne oceniano również w środowisku fizjologicznym.

Łatwa i przyjazna dla środowiska metoda wytwarzania rusztowań z poli(kwasu mlekowego) o stopniowanej wielkości porów

Niskociśnieniowa skaningowa mikroskopia elektronowa w otoczeniu pary wodnej jest używana do obróbki cech nanoskali do mikroskali w lasach nanorurek węglowych.

Precyzyjne mielenie lasów nanorurek węglowych przy użyciu niskociśnieniowej skaningowej mikroskopii elektronowej

Przedstawiono protokół odsłaniania gołych włókien na powierzchni kompozytu poprzez eliminację obszaru bogatego w żywicę. Włókna są odsłaniane podczas wytwarzania kompozytów, a nie przez obróbkę powierzchni. Odsłonięte kompozyty węglowe charakteryzują się wysoką przewodnością elektryczną w kierunku przekroju i grubością oraz wysokimi właściwościami mechanicznymi.

Eksperymentalne wdrożenie nowej metody wytwarzania kompozytów: naświetlanie gołych włókien na powierzchni kompozytu metodą miękkiej warstwy

Przedstawiono procedurę syntezy wielościennych nanorurek węglowych szczepionych polistyrenem przy użyciu kolejnych etapów modyfikacji chemicznej w celu selektywnego wprowadzania łańcuchów polimerowych do ścian bocznych i ich samoorganizacji poprzez anizotropową niejednolitość.

Szczepienie wielościennych nanorurek węglowych polistyrenem w celu umożliwienia samoorganizacji i niejednolitości anizotropowej

Artykuł ma na celu wprowadzenie standardowej i niezawodnej procedury produkcji dla rozwoju przyszłej niskowymiarowej nanoelektroniki.

Standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki

Prezentowana jest prosta metoda wytwarzania nano-mikro wieloskalowych struktur dla funkcjonalnych powierzchni, poprzez agregację nanowłókien wytworzonych za pomocą anodowego filtra z tlenku glinu.

Wieloskalowe struktury agregowane za pomocą nadrukowanych nanowłókien dla powierzchni funkcjonalnych

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania wielościanów 3D na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami.

Wytwarzanie trójwymiarowych wielościanów na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami

Ta praca przedstawia czujnik pomiaru odkształcenia składający się z mechanizmu wzmacniającego i mikroskopu polidimetylosiloksanowego, wykonany przy użyciu ulepszonej drukarki 3D.

Produkcja urządzenia do pomiaru odkształceń z ulepszoną drukarką 3D

Nanokompozyt asfaltowy modyfikowany grafenem wykazał zaawansowaną zdolność samoregeneracji w porównaniu do czystego asfaltu. W tym protokole zastosowano symulacje dynamiki molekularnej w celu zrozumienia roli grafenu w procesie samonaprawy oraz zbadania mechanizmu samonaprawy składników asfaltowych na poziomie atomowym.

Zaawansowany samonaprawiający się asfalt wzmocniony strukturami grafenu: atomistyczny wgląd

Elastyczne elektrody mają szeroki zakres zastosowań w miękkiej robotyce i elektronice do noszenia. Obecny protokół demonstruje nową strategię wytwarzania wysoce rozciągliwych elektrod o wysokiej rozdzielczości za pomocą litograficznie zdefiniowanych kanałów mikroprzepływowych, co toruje drogę dla przyszłych wysokowydajnych miękkich czujników ciśnienia.

Miękkie elektrody oparte na kanałach mikroprzepływowych i ich zastosowanie w pojemnościowym czujniku ciśnienia

Poznaj metodę tworzenia samowykrywających kompozytów z nanopłytkami grafenu do monitorowania stanu konstrukcji. Technika umożliwia wykrywanie odkształceń w czasie rzeczywistym w farmach wiatrowych offshore i analizie biomechanicznej.

Wykrywanie odkształceń oparte na wieloskalowych materiałach kompozytowych wzmocnionych nanopłytkami grafenu

Przeglądaj więcej filmów