Summary
Die Integration von leitfähigen Nanopartikel, wie Graphen Nanoplättchen, in Glasfaser-Verbundmaterialien erzeugt eine intrinsische elektrische Netzwerk anfällig für Belastung. Hier sind verschiedene Verfahren zu erhalten, Dehnungssensoren auf der Basis der Zugabe von Graphen Nanoplättchen in die Epoxidmatrix oder als Beschichtung auf Glasgewebe vorgeschlagen.
Abstract
Die elektrische Reaktion von NH 2 -funktionalisierten Graphennanoplättchen Verbundmaterialien unter Belastung untersucht. Zwei verschiedene Herstellungsverfahren vorgeschlagen, das elektrische Netz in dieser Arbeit zu erstellen: (a) der Einbau der Nanoplättchen in die Epoxidmatrix und (b) die Beschichtung des Glasgewebes mit einer Schlichte mit denselben Nanoplättchen gefüllt. Beide Arten von Multimaßstabsverbundwerkstoffe mit einer in der Ebene liegenden elektrischen Leitfähigkeit von ~ 10 -3 S / m zeigte ein exponentielles Wachstum des elektrischen Widerstandes als die Stamm erhöht sich durch zwischen benachbarten funktionalisierten Graphen Nanoplättchen und Kontaktverlust zwischen überlagernden diejenigen distanziert. Die Empfindlichkeit der Materialien, die während dieser Untersuchung analysiert, um die beschriebenen Verfahren verwenden, wurde als handelsübliche Dehnmessstreifen höher erwiesen. Die vorgeschlagenen Verfahren für die Selbsterkundung des strukturellen Verbundmaterial würde die strukturelle Gesundheit Monitor erleichterning von Komponenten in schwer zugänglichen emplacements wie Offshore-Windkraftanlagen. Obwohl die Empfindlichkeit der Multiskalen - Verbundwerkstoffe wesentlich höher als die Empfindlichkeit von Metallfolien als Dehnmessstreifen, der Wert verwendet wurde , mit NH 2 funktionalisierte Graphen Nanoplättchen beschichtete Gewebe erreicht war fast eine Größenordnung überlegen. Dieses Ergebnis verdeutlicht ihr Potenzial als intelligente Stoffe verwendet werden, um menschliche Bewegungen zu beobachten, wie der Finger oder Knie zu beugen. Durch die Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens könnte das intelligente Gewebe sofort das Biegen erkennen und sofort zu erholen. Diese Tatsache ermöglicht eine genaue Überwachung der Zeit sowie den Grad der Biegung des Biege.
Introduction
Structural Health Monitoring (SHM) immer wichtiger geworden wegen der Notwendigkeit , 1-3 die verbleibende Lebensdauer von Strukturen zu kennen. Heutzutage schwer zugänglichen Stellen, wie Offshore - Windanlagen, führen zu höheren Risiken in Instandhaltungsmaßnahmen sowie höhere Kosten 2-4. Selbsterkundung Materialien bilden eine der Möglichkeiten auf dem Gebiet der SHM aufgrund ihrer Fähigkeit zur Selbstüberwachung Belastung und Schaden 5.
Im Fall von Windkraftanlagen, Schaufeln sind in Glasfaser / Epoxid-Verbundwerkstoffe, die elektrisch Isolatoren im allgemeinen hergestellt. Um braucht zu verleihen Selbsterkundung Eigenschaften dieser Verbundwerkstoff, ein intrinsischer elektrisches Netzwerk anfällig für Belastung und Schäden entstehen. In den letzten Jahren hat sich die Einarbeitung von leitfähigen Nanopartikel wie Silber - Nanodrähten 6,7, Kohlenstoff - Nanoröhren (CNTs) 8-10 und Graphennanoplättchen (GNPs) 11-13wurde untersucht, um dieses elektrische Netz zu schaffen. Diese Nanopartikel können in das System als Füllstoff in die Polymermatrix oder durch Beschichten des Glasfasergewebe 14 eingearbeitet werden. Diese Materialien können auch zu anderen industriellen Bereichen eingesetzt werden, das heißt, Luftfahrt-, Automobil- und Tiefbau 5 und beschichtete Stoffe können als intelligente Materialien in biomechanischen Anwendungen 7,15 verwendet werden.
Piezoresistivität dieser Sensoren wird durch drei unterschiedliche Beiträge erreicht. Der erste Beitrag ist die intrinsische Piezoresistivität der Nanopartikel; ein Stamm der Struktur ändert sich die elektrische Leitfähigkeit der Nanopartikel. Die wichtigsten Beiträge sind Änderungen im Tunnel elektrischen Widerstand, aufgrund von Änderungen in Abständen zwischen benachbarten Nanopartikel und elektrischen Kontaktwiderstand, aufgrund von Schwankungen im Kontaktbereich zwischen überlagernden diejenigen jedoch, 9. Diese Piezoresistivität ist höher, wenn 2D-nanoparticles werden als Nanofüllstoff Vergleich zu 1D Nanopartikel eingesetzt , da das elektrische Netz eine höhere Empfindlichkeit gegenüber geometrischen Veränderungen und Diskontinuitäten zeigt, in der Regel eine Größenordnung überlegen 16.
Aufgrund der 2D - Atom Zeichen 17 und die hohe elektrische Leitfähigkeit 18,19, Graphennanoplättchen wurden in dieser Arbeit als Nano Bestärkung von mehreren Maßstäben Verbundmaterialien zu erhalten , um Selbst Sensoren mit erhöhter Empfindlichkeit gewählt wurde. Zwei verschiedene Wege, um die GNPs in das Verbundmaterial zu integrieren sind untersucht, um mögliche Unterschiede in der Sensorik Mechanismen und Empfindlichkeit aufzuklären.
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Protocol
1. Herstellung des Funktionalisierte Graphene Nanoplatelet gefülltes Epoxid für Multiskalige Composite Materials
- Disperse funktionalisierte Graphennanoplättchen (f-GNPs) in das Epoxidharz.
- Wiegen 24.00 g f-GNPs eine 12 Gew% des endgültigen Nanokompositmaterial innerhalb eines Filterabzug zu erreichen.
- Hinzufügen 143,09 g des Bisphenol-A-diglycidylether (DGEBA) monomer und manuell mischen Homogenität zu erreichen.
- Disperse die f-GNPs in das Monomer durch eine twostep Methode, die Beschallung und Kalandrieren 20 verarbeitet Sonde kombiniert.
- Beschallen der Mischung bei 50% der Amplitude und einen Zyklus von 0,5 sec für 45 min.
- Bewerben 3 Zyklen Kalandrieren eines Walzenspalt von 5 & mgr; m unter Verwendung und bei jedem Zyklus Walzengeschwindigkeit zu erhöhen: 250 min, 300 Umdrehungen pro Minute und 350 Umdrehungen pro Minute.
- Wiegen Sie die Mischung aus f-BSP / Monomer nach der Dispergierung abgeschlossen.
- Entgasen Sie den f-BSP / Monomergemisch under Vakuum und magnetischem Rühren bei 80 ° C für 15 min.
- Wiegen und den Härter in einem Gewichtsverhältnis von 100 hinzu: 23 (Monomer: Härter) und manuell gerührt, bis Homogenität erreicht wird.
2. Beschichtung des Glasgewebes mit funktionalisierter Graphene Nanoplatelet Gefüllt Sizing (Suspension) für Multiskalige Composite Materials
- Disperse funktionalisierte Graphen Nanoplättchen in die Dimensionierung.
- Man wiegt 7,5 g f-GNPs, die Menge benötigt, um eine 5 Gew%, in 142,5 g Lösungsmittel zu erreichen, in einer Filterabzug (Sizing / destilliertes Wasser in 2.1.2 angegeben).
- Bereiten Sie die Mischung der f-GNPs und der Anlagendimensionierung mit destilliertem Wasser verdünnt (1: 1 wt) innerhalb der Filterabzug. Sobald die destilliertes Wasser hinzugefügt wurde, führen Sie die Arbeit außerhalb des Filterabzug.
- Disperse die GNPs durch Sondenbeschallung für 45 min bei 50% Amplitude und einem Zyklus von 0,5 Sek.
- Bestreichen Sie die glass Stoff mit dem f-BSP gefüllt Sizing.
- Mit einer Schere für Stoffzuschnitt geeignet, schneiden 14 Schichten aus Glasgewebe mit den Abmessungen von 120 х 120 mm 2 und dann überziehen sie mit der Mischung aus f-GNPs und Dimensionierung (2.1.3) durch Tauchbeschichtung (ein Untertauchen) ein Tauchbeschichtungsvorrichtung in der f-BSP gefüllt Sizing.
- Trocknen Sie die f-BSP beschichtetes Glasgewebe in einem Vakuumofen bei 150 ° C für 24 h, wie in den technischen Datenblättern angegeben durch den Hersteller zur Verfügung gestellt.
3. Herstellung von Multiskalige Composite Materials
- Herstellung f-BSP / Epoxy - Verbundwerkstoffen.
- Nachdem die Mischung entgast, halten Sie die f-BSP gefüllt Epoxidharz unter magnetischem Rühren bei 80 ° C für die ganze Herstellungsprozess.
- Platzieren Sie die 14 Lagen des Glasgewebes in einen Ofen bei 80 ° C.
- Alternativ legen Sie eine Schicht des f-BSP gefülltes Epoxid und eine Schicht aus Glasfasergewebe (14 Schichten) SequenWesentlichen mit der Hand auf einer metallischen Platte, die eine Entlüftungsroller nach jeder Glasgewebeschicht platzieren.
- Mit einer Schere zu schneiden und legen Sie die Antihaftpolymerfilm (120 х 120 mm 2) auf einer Stahlplatte.
- Tragen Sie eine Schicht des f-BSP / Epoxid-Mischung auf dem Antihaftpolymerfilm mit einer Bürste. Eine Schicht aus Glasfasergewebe. Beachten Sie die Bedeutung für das Gebiet der f-BSP / Epoxy-Region und die Ausrichtung der verschiedenen Gewebelagen. Entfernen Sie die Luft und kompakt die Lagen durch eine Entlüftungs Walze.
- Wiederholen Sie Schritt 3.1.3.2, bis alle Schichten des Laminats vervollständigt.
- Tragen Sie eine letzte Schicht des f-BSP / Epoxid-Mischung mit Pinsel und bedecken das Laminat mit einer weiteren Schicht aus Antihaftpolymerfilm.
- Sobald alle Gewebeschichten aufgehäuft worden sind, zu heilen, das Laminat in einer heißen Platte Presse bei 140 ° C für 8 h mit Druckerhöhung bis 6 bar auf.
- Extrahieren Sie das gehärtete Laminat aus dem heißen plate drücken.
- Herstellung f-BSP / Glasfaser - Verbundmaterialien durch Vakuum unterstützte Harzinfusions Moulding (varım).
- Bereiten Sie die Metallplatte, wo varım wird durchgeführt werden.
- Reinigen Sie die Stahlplattenoberfläche mit Aceton.
- Legen Antihaftpolymerfilm auf der Stahlplatte.
- Legen Sie die Reihenfolge der f-BSP beschichtetes Glasgewebe (14 Schichten mit den Abmessungen 120 х 120 mm 2) auf die Platte. Stellen Sie sicher, dass die Schichten des Gewebes werden visuell und durch Berührung ausgerichtet sind.
- Verschließen Sie den Vakuumbeutel mit Dichtband für den varım Prozess und vorheizen das System bei 80 ° C in einem Ofen.
- Entgasen DGEBA Monomer unter Vakuum und magnetischem Rühren bei 80 ° C für 15 min. Fügen Sie den Härter in einem Gewichtsverhältnis von 100: 23 (Monomer: Härter) und rühren, bis Homogenität erreicht wird.
- Füge das Epoxyharz bei 80 ° C mit einer Vakuumpumpe mit dem Vakuumbeutel verbunden mit einem polymerenRohr, bis das Glasgewebe pile wird vollständig von dem Epoxyharz und Härten des Laminats in einem Ofen bei 140 ° C für 8 h befüllt.
- Extrahieren Sie das gehärtete Laminat aus dem Ofen und entfernen Sie den Vakuumbeutel und Hilfsmaterial.
- Bereiten Sie die Metallplatte, wo varım wird durchgeführt werden.
4. Vorbereitung der Proben für die Tests Dehnungssensoren
- Maschinenproben (Computer Numerical Control - CNC - Fräsmaschine) von mehreren Maßstäben Laminate auf das gewünschte Maß für Biegeversuche nach der ASTM D790-02 21 und schneiden Glasgewebebänder 10 mm in der Breite, um die Dehnungsempfindlichkeit des f-BSP beschichteten studieren Stoff.
HINWEIS: Die Proben werden auf dem Bearbeitungstisch mit Klebeband fixiert und bearbeitet mit den folgenden Parametern: Vorschubgeschwindigkeit von 500 mm / min, Leerlaufdrehzahl von 5.000 min -1 und Tiefe Schritten von 0,1 mm. - Reinigen Sie vorsichtig die Oberfläche der bearbeiteten Proben mit Aceton Staub zu beseitigen.
- Lackierstraßen aus Silber (Acryl leitfähigen Farbe) aufdie Oberfläche der Materialien distanzierte 20 mm auseinander, um die elektrischen Kontaktwiderstand zu minimieren und die Kupferdrähte mit den nassen Silberlinien haften als Elektroden die Messung des elektrischen Widerstandes während des Tests zu erleichtern.
HINWEIS: Elektrische Kontakte werden auf beiden Oberflächen angeordnet: Kompressionsflächen und Zug ausgesetzt Oberflächen. - Sobald die silberne Farbe trocken ist, fixieren Sie die elektrischen Kontakte mit Schmelzkleber elektrischen Kontakt Ablösung zu vermeiden.
5. Testen der Dehnungssensor
- Analysieren Sie das elektrische Verhalten von Sensoren unter Biegelasten (Dreipunkt - Biegetest).
- Messen Sie die Breite der Probe und der Dicke mit einem Sattel.
- Stellen Sie die Probe in der mechanischen Testmaschine mit der Biegetestkonfiguration.
- Stellen Sie die Testgeschwindigkeit (gesteuert durch Dehnung) bis 1 mm / min und die Startposition, die die Anfangslänge der Probe definiert.
- Schließen Sie dieelektrische Kontakte an das Multimeter. Messung des elektrischen Widerstandes zwischen zwei benachbarten elektrischen Kontakten , wie es in Abbildung 1 angegeben ist.
- Biegetest auszuführen und zu überwachen, den elektrischen Widerstand gleichzeitig, um Schwankungen zu untersuchen aufgrund der induzierten Spannung in der Probe.
- Wiederholen aller Schritte für mindestens 3 Proben von f-BSP / Epoxy- und f-BSP / Glasfaser-Verbundwerkstoffe das elektrische Verhalten der Verbundmaterialien zu bestätigen.
Abbildung 1. Elektrische Kontakte Aufbau in Biegetests von mehreren Maßstäben Verbundmaterialien. Kupferelektroden werden auf der Oberfläche von Verbundmaterialien angebracht , indem Linien von Silberfarbe (grau), um mit dem elektrischen Kontaktwiderstand zu minimieren. Bitte klicken Sie hiereine größere Version dieser Figur zu sehen.
- Analysieren f-BSP / Glasgewebe als Dehnungssensoren von menschlichen Bewegungen.
- Überwachen Finger Biegen.
- Befestigen Glasgewebebänder zu jedem der Finger eines Nitrils Handschuh mit Schmelzkleber auf der inneren Oberfläche , wie in Figur 2 angedeutet ist .
- Wiederholen Sie Schritt 5.1.4 sondern messen den elektrischen Widerstand der Kontakte auf dem gleichen Finger gelegt.
- Starten Sie die Reihenfolge der Finger Biegen des elektrischen Widerstandes zu überwachen und zu messen, während die Finger biegen sind. Die Abfolge der Finger in diesem speziellen Fall Biege ist: (1) dem Daumen, (2) Index, (3) den Mittelfinger, (4) Ringfinger (5) alle Finger gleichzeitig und (6) Folge von Biege (höhere Geschwindigkeit ): (1), (2), (3), (4), (4), (3), (2) und (1).
- Überwachen Finger Biegen.
Zahl2. Lage des f-BSP / Glasfaserbändern auf der inneren Oberfläche der Finger eines Nitrilhandschuh überwachen Finger gebogen wird . Sobald das Glasfasergewebe wurde beschichtet und getrocknet worden ist , Bänder von 10 mm Breite geschnitten und befestigt auf der unterschiedlichen Finger eines Handschuhs mit dem Ziel , den Finger zu überwachen Biegen und untermauern die Lebensfähigkeit des oben beschriebenen Protokoll. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
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Representative Results
Das Protokoll zum Erhalt zweier verschiedener Materialien wurde in dem Verfahren beschrieben. Der Unterschied liegt in der Art und Weise der nanoreinforcement in dem Verbundwerkstoff eingearbeitet wird ein elektrisches Netzwerk zu erreichen, die verwendet werden könnten Überwachung belasten. Die erste Methode besteht aus der Beschichtung aus einem Glasfasergewebe mit f-BSP Dimensionierung, die als intelligente Gewebe verwendet werden können oder als Verstärkung der Polymermatrix mehreren Maßstäben Verbundmaterialien (mit dem Namen f-BSP / Glas (f-BSP / Glasfaser genannt) Faserverbundwerkstoff). Die andere Methode der nanoreinforcement der Epoxy-Matrix von Verbundmaterialien mit f-GNPs ist (mit dem Namen f-BSP / Epoxy-Verbundmaterial) unter Verwendung von Glasfaser als eine kontinuierliche Verstärkung. Die Infusion des Harzes wurde unter Verwendung varım durchgeführt, da es eines der am häufigsten verwendeten Methoden in der Industrie verwendet werden, aber andere Verfahren verwendet werden könnten. Ein alternatives Herstellungsverfahren könnte Resin Transfer Moulding (RTM) sein.
ve_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Aufgrund der isolierenden Charakter der Glasfaser, die Aufnahme der f-GNPs nach dem oben beschriebenen Protokoll erzeugt ein elektrisches Netzwerk im Inneren des Materials, die eine Zunahme von Ursachen die elektrische Leitfähigkeit bis durch Induktion Stamm zu ~ 10 -3 S / m und kann. Abbildung 3 zeigt während Biegetest (drei~~POS=TRUNC - Biege) in einem f-BSP repräsentative Ergebnisse der Variation der normalisierten elektrischen Widerstand induziert durch Dehnung verursacht modifiziert werden / Glasfaser-Band. die normierte elektrische Widerstand wächst exponentiell mit der zunehmenden Belastung durch den Mechanismus der Tunnelwiderstand. Wenn Fehler auftritt, können Sprünge in der normalisierten elektrischen Widerstand beobachtet werden, was zu einem Abfall der Last korreliert sind.
Abbildung 3. Beispiel für Stamm Überwachung von f-BSP / Glasfaserbänder unter Biegetest. (& Delta; R / R o, R: momentane elektrische Widerstand und R o: anfänglichen elektrischen Widerstand) und Kraft (F) während des Biegetest gegen Strahltiefe. Die normierte elektrische Widerstand steigt mit der Belastung. Dieses Phänomen tritt auf, weil Zugkräfte zwischen den Nanopartikeln und Kontaktverlust von darüber liegenden GNPs verursachen distanziert. Die exponentielle Neigung während des Ladens der Probe beobachtet wird, aufgrund einer großen Beitrag von Änderungen in Tunnelwiderstand induziert. Tunnelwiderstand variiert exponentiell mit dem Abstand zwischen den Nanopartikeln , wenn sie in einem Abstand in der Größenordnung von 10 nm 12,21 sind. Aus diesem Grund, wenn Abstände zwischen benachbarten GNPs erhöht sich der elektrische Widerstand erhöht sich auch mit einer exponentiellen Tendenz. Dieser Effekt ist dominant , wenn das BSP Inhalt der Perkolationsschwelle 23 , aber ihr Beitrag naheverringert sich bei höheren BSP - Gehalt 24,25. Bei Ausfall werden die elektrischen Verhaltensänderungen und Sprünge in der elektrischen Antwort beobachtet. Diese Sprünge können Tropfen in Last durch den Faserbruch hervorgerufen korreliert werden, die Diskontinuitäten in dem elektrischen Netz handelt. Diese Unterbrechungen wirken als Hindernisse verursacht die Zunahme des elektrischen Widerstandes der BSP / Glasfaserbänder. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Das elektrische Verhalten der Multiskalen - Verbundwerkstoffe, f-BSP / Epoxy (Abbildung 4.a) und f-BSP / Glasfaser (Bild 4.b) Verbundwerkstoffe, zeigt einige Unterschiede mit dem oben beschriebenen für beschichtete Gewebe. Wenn die Kompression ausgesetzt Oberfläche überwacht wird, können zwei Bereiche unterschieden werden. Bei niedrigen Dehnungswerte, die normalisierte electrical Widerstand verringert sich bis ~ 0.010 und ~ 0.015 mm / mm für f-BSP / Epoxid und f-BSP / Glasfaser-Verbundwerkstoffe sind. Im Gegensatz dazu ist bei Stämmen höher ist als die genannte Schwelle ist, erhöht sich die normierte elektrische Widerstand mit einer exponentiellen Tendenz. Im Falle der Zug ausgesetzt Oberflächen Überwachung verstärkt die normierte elektrische Widerstand in beiden Systemen. Die Empfindlichkeit in allen Konfigurationen gezeigt ist, in der Größenordnung von 10 bis 40 (pro Einheit). Bei hohen Dehnungswerten war der Dehnungsfaktor -1,4 und 7,8 (pro Einheit) für die Kompression ausgesetzt Fläche von f-BSP / Epoxid und f-BSP / Glasfaser-Verbundwerkstoffen und in der Größenordnung von 17 bis 41 (pro Einheit) für der Zug ausgesetzt Oberfläche von f-BSP / Epoxid und f-BSP / Glasfaser-Verbundwerkstoffe sind.
Abbildung 4. Beispiel für Stamm Überwachung von (a) f-BSP / Epoxid und (b) f-BSP / Glasfaser - Verbund. Materialien , die unter Biegetest Die Figur stellt die Veränderung des normierten elektrischen Widerstand (& Delta; R / R o, R: momentane elektrische Widerstand und R o: anfänglichen elektrischen Widerstand) und Spannung (σ) im Vergleich zur Dehnung (ε) während des Biegetest. In diesem Fall sind die elektrischen Kontakte Ort auf der Kompression ausgesetzt (blaue Linie) und der Zug ausgesetzt (rote Linie) unterschiedliche elektrische Verhalten zu erhalten. Zwei verschiedene Diagramme enthalten sind, die mit den beiden Routen entsprechen im Protokoll vorgeschlagen:. (A) f-BSP / Epoxid und (b) f-BSP / Glasfaser - Verbundwerkstoffe ihre Lebensfähigkeit zeigt Bitte klicken Sie hier um eine größere Version zu sehen diese Figur.
Als Beispiel für die Anwendung von f-BSP beschichteten Glasfaser Gewebe, Abbildung 5.a zeigt die Überwachung der Finger gebogen wird . Jeder Finger und die elektrische Antwort des gekoppelten Glasfaserband sind durch eine andere Farbe zu unterscheiden, ist es verständlich machen. Die erste Sequenz entspricht der Daumen (Abbildung 5.b) zu biegen, der Index (Abbildung 5.c), der Mittelfinger (Abbildung 5.d) und dem Ringfinger (Abbildung 5.e). Die normierte elektrische Widerstand verringert, wenn die im Zusammenhang mit dem Finger beugt und stellt den Anfangswert, wenn der Finger die Ausgangsposition erholt sich. Die zweite Folge von Bewegungen umfaßt die gleichzeitige Biegung der vier Finger und die dritte, eine Folge von schnelleren Bewegungen der momentanen Antwort und Rückgewinnung der normalisierten elektrischen Widerstand zeigt. Dies könnte verwendet werden, um remote auf die Entwicklung von Knochenerkrankungen überwachen oder zählen Schritte beim Laufen und in der physikalischen Therapie, die Erholung zu bewerten.
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Abbildung 5 : Beispiel für Dehnungs Überwachung von Fingern durch Kopplung von f-BSP / Glasfaserbänder auf einem Nitril Handschuh (a) elektrische Antwort des Sensors während 3 Abfolgen von Fingern Biege- und Biege. (B - e) eine erste Folge von Fingern Biege . Im Anschluss an das Protokoll erklärt in der vorliegenden Arbeit, die Überwachung der Finger Biegefähigkeit möglich war , & Delta; R / R o, R:. Momentane elektrische Widerstand und R o: anfänglichen elektrischen Widerstand.Lank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
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Discussion
Selbstsensoreigenschaften von nanoreinforced Verbundmaterialien sind aufgrund des elektrischen Netzes durch die f-GNPs durch die Epoxidmatrix und entlang der Glasfasern erzeugt, die modifiziert wird, wenn Stamm induziert wird. Dispersion der f-GNPs ist dann entscheidend, weil das elektrische Verhalten der Sensoren hängt stark von der Mikrostruktur des Materials. Hier stellen wir ein optimiertes Verfahren, um eine gute Dispersion der GNPs in die Epoxidmatrix zu erreichen und Knittern der Nanoteilchen zu vermeiden, die die Lasten der elektrischen Leitfähigkeit verursacht. Die kritischen Schritte sind die Beschallung (Betriebsparameter) und Kalandrierverfahren (Walzenspalt und Geschwindigkeit). Diese Schritte beeinflussen stark die mechanischen 26, thermischer 27 und elektrische 28 Eigenschaften der Multiskalen - Verbundwerkstoffen. Üblicherweise Dispersion von nanoreinforcement in Lösungsmittel durchgeführt , die vor dem Aushärten von Nanokompositen 29,30 verdampft werden muss </ Sup>. In dem Verfahren in dieser Arbeit vorgeschlagen wird die Verwendung von Lösemitteln vermieden, wodurch es umweltfreundlich ist. Ein weiterer Schritt des Protokolls, die stark beeinflusst auch die Mikrostruktur aus Verbundmaterialien und damit das elektrische Verhalten der Sensoren ist das Herstellungsverfahren für Multimaßstabs Kompositmaterialien. Bei der Herstellung dieser Materialien, selbst wenn eine gute Dispersion der Nanoteilchen in die Epoxidmatrix wird zunächst erreicht, f-GNP Verteilung stark durch Filtern Erscheinungen beeinflußt werden kann. Zusätzlich Entgasung der Epoxidmatrix ist wesentlich, um die mechanischen Eigenschaften der Multimaßstabsverbundmaterialien zu erhalten, die schwieriger wird, wenn die Matrix mit den GNPs wegen einer großen Viskosität gefüllt ist.
Elektrische Kontaktplatzierungs muss sorgfältig durchgeführt, um sicherzustellen, dass der elektrische Kontaktwiderstand so gering wie möglich ist. Hierzu ist es wichtig, dass Oberfläche zu gewährleistens sind komplett gereinigt, bevor die Silberfarbe Anwendung der Kupferelektroden zu beheben. Weiterhin vor dem Heißschmelzkleber Anwendung benötigt der Silberfarbe zu trocknen. Wenn nicht, löst das Lösungsmittel verdampft und das Auftreten von Blasen, der elektrische Kontaktwiderstand erhöht wird. Einer der Vorteile des Anordnens elektrischen Kontakte auf der Oberfläche des Materials, im Gegensatz zu den Elektroden im Inneren der Probe 31 angeordnet, ist , dass es nicht aufdringlich ist , und ist kein Nachteil für jegliche mechanische Eigenschaften. Während der Überwachungsprüfungen können die elektrischen Kontakte von der Oberfläche der Proben abzunehmen. Folglich ist die richtige Fixierung zu sorgen, dass das elektrische Signal, das registriert werden soll entspricht nur der intrinsischen elektrischen Antwort des Materials.
Die oben beschriebenen Protokoll kann mit verschiedenen Nanofüllstoffe, wie beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder einem anderen leitfähigen Nanopartikeln, die auch elektrisch co führen angewendet oder modifiziert werdennductive Verbunde mit Selbst Abfühlen Eigenschaften 32,33. Das Überwachungsprotokoll kann auf andere Testkonfigurationen für Schäden, Detektion und Quantifizierung hochgerechnet werden. Eine Beschränkung des Systems für die elektrischen Kontakte verwendet wird, ist, dass ihre Position auf Probenoberflächen beschränkt das Volumen an Material, worin der elektrische Widerstand analysiert. Durch die Gestaltung eines anderen Systems beteiligt volumetrische Messungen könnten innere Schäden detektiert und quantifiziert werden, aber in diesem Fall könnten die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden. Das Protokoll könnte in biomechanischen Anwendungen nützlich sein remote auf die Entwicklung von Knochenerkrankungen zu überwachen oder zu zählen Schritte beim Laufen oder in der physikalischen Therapie die Rekuperation zu bewerten.
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Acknowledgments
Die Autoren möchten die Ministerio de Economía y Competitividad Spaniens Regierung (Projekt MAT2013-46695-C3-1-R) und Comunidad de Madrid Regierung (P2013 / MIT-2862) zu bestätigen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Graphene Nanoplatelets | XGScience | M25 | NA |
| Epoxy resin | Huntsman | Araldite LY556 | NA |
| XB3473 | NA | ||
| Probe sonication | Hielscher | UP400S | NA |
| Three roll mill | Exakt | Exakt 80E (Exakt GmbH) | NA |
| Glass fiber fabric | Hexcel | HexForce ® 01031 1000 TF970 E UD 4H | NA |
| Hot plate press | Fontijne | Fontijne LabEcon300 | NA |
| Sizing | Nanocyl | SizicylTM | NA |
| Multimeter | Alava Ingenieros | Agilent 34410A | NA |
| Strain Gauges | Vishay | Micro-Measurement (MM®) CEA-06-187UW-120 | NA |
| Mechanical tests machine | Zwick | Zwick/Roell 100 kN | NA |
| Conductive silver paint | Monocomp | 16062 – PELCO® Conductive Silver Paint | NA |
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