Summary
De integratie van geleidende nanodeeltjes, zoals grafeen nanoplatelets, in glasvezel composiet materialen zorgt voor een intrinsiek elektrisch netwerk gevoelig voor stam. Hier staan diverse methoden om spanning sensoren gebaseerd op de toevoeging van grafeen nanoplatelets in de epoxy matrix of bekleding op glasvezels voorgesteld verkrijgen.
Abstract
De elektrische respons van NH 2 -functionalized grafeen nanoplatelets composietmaterialen onder druk werd bestudeerd. Twee verschillende fabricagemethoden voorgesteld op het elektriciteitsnet in dit werk te maken: (a) opname van de nanoplatelets in de epoxy matrix en (b) de bekleding van het glasweefsel met een dimensionering gevuld met dezelfde nanoplatelets. Beide soorten meerschalige composietmaterialen met een in-vlak elektrische geleidbaarheid van ~ 10 -3 S / m, vertoonde een exponentiële groei van de elektrische weerstand van de rek stijgt vanwege afstand tussen aangrenzende gefunctionaliseerd grafeen nanoplatelets en contact verliezen tussen overliggende degenen. De gevoeligheid van het materiaal tijdens het onderzoek geanalyseerd met behulp van de beschreven procedures, is hoger dan was commercieel verkrijgbaar rekstrookjes zijn. De voorgestelde procedures voor self-sensing van het composiet materiaal zou de structurele gezondheid van de monitor te vergemakkelijkening van de componenten in moeilijk toegankelijke kampeerplaatsen zoals offshore windmolenparken. Hoewel de gevoeligheid van de meerschalige composietmaterialen aanzienlijk hoger is dan die van metaalfolies gebruikt rekstrookjes, de waarde bereikt NH 2 gefunctionaliseerde grafeen nanoplatelets gecoate weefsels was bijna een orde van grootte beter. Dit resultaat toegelicht hun potentieel gebruik als intelligente stoffen menselijke bewegingen zoals buigen van de vingers of knieën controleren. Door het gebruik van de voorgestelde methode, zou de slimme stof onmiddellijk op te sporen het buigen en te herstellen onmiddellijk. Dit feit maakt nauwkeurige controle van de tijd van het buigen en de mate van buiging.
Introduction
Structural health monitoring (SHM) is steeds belangrijker geworden vanwege de noodzaak om de resterende levensduur van constructies 1-3 kennen. Tegenwoordig moeilijk toegankelijke plaatsen, zoals offshore windturbines, leiden tot hogere risico's bij onderhoudswerkzaamheden, alsmede hogere kosten 2-4. Self-sensing materialen vormen een van de mogelijkheden op het gebied van SHM vanwege hun vermogen van zelf-controle stam en schade 5.
Bij windturbines worden blades algemeen vervaardigd in glasvezel / epoxy composiet materialen, die elektrisch isolatoren zijn. Om zelf-sensing eigenschappen verlenen tegen dit composietmateriaal een intrinsieke elektriciteitsnet gevoelig voor stam en beschadiging moet worden gemaakt. In de afgelopen jaren, de integratie van geleidende nanodeeltjes zoals zilver nanodraden 6,7, koolstof nanobuisjes (CNT) 8-10, en grafeen nanoplatelets (BNP) 11-13is bestudeerd om deze elektrische netwerk. Deze nanodeeltjes kunnen in het systeem als vulstof in de polymeermatrix of door bekleden van het glasvezelweefsel 14 worden opgenomen. Deze materialen kunnen ook worden toegepast op andere industriële gebieden, dat wil zeggen, luchtvaart, automobiel en openbare werken 5 en gecoate stoffen kan worden gebruikt als slimme materialen biomechanische toepassingen 7,15.
Piezoresistivity van deze sensoren wordt bereikt door drie verschillende geschreven. De eerste bijdrage is de intrinsieke piezoresistivity van de nanodeeltjes; een stam van de structuur verandert de elektrische geleidbaarheid van de nanodeeltjes. De belangrijkste bijdragen veranderingen in elektrische weerstand tunnel, door veranderingen in afstand tussen naburige nanodeeltjes en elektrische contactweerstand, door variaties in het contactvlak tussen overliggende degenen 9. Dit piezoresistivity is hoger wanneer 2D nanoparticles worden gebruikt als nanofiller opzichte 1D nanodeeltjes omdat het elektrische netwerk vormt een hogere gevoeligheid voor geometrische veranderingen en discontinuïteiten, gewoonlijk een orde van grootte hogere 16.
Door het 2D atomaire karakter 17 en de hoge elektrische geleidbaarheid 18,19 zijn grafeen nanoplatelets geselecteerd in dit werk de nano-bekrachtiger meerschalige samengestelde materialen om zelf sensoren te verkrijgen met verbeterde gevoeligheid. Twee verschillende manieren om de BNP nemen in het composietmateriaal bestudeerd om mogelijke verschillen in sensormechanismen en gevoeligheid helderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Voorbereiding van de gefunctionaliseerde grafeen Nanoplatelet gevulde epoxy voor Multiscale composietmaterialen
- Verspreiden gefunctionaliseerde grafeen nanoplatelets (f-BNP) in de epoxyhars.
- Weeg 24,00 g f-BNP een 12 gew% van de uiteindelijke nanocomposiet materiaal te bereiken in een afvoerbuis zuurkast.
- Voeg 143,09 g bisfenol A diglycidyl ether (DGEBA) monomeer en handmatig mengen tot homogeniteit.
- De verspreiding van de f-BNP in het monomeer door een Twee stappen methode, die combineert sonde sonicatie en kalanderen verwerkt 20.
- Ultrasone trillingen van het mengsel bij 50% van de amplitude en een cyclus van 0,5 seconde tot 45 minuten.
- Toepassen 3 cycli van kalanderen met een walsspleet van 5 urn en toenemende rol snelheid per cyclus: 250 rpm, 300 rpm en 350 rpm.
- Weeg het mengsel van f-BNP / monomeer na het voltooien van dispersie.
- Ontgas de f-bnp / monomeermengsel under vacuüm en magnetisch roeren bij 80 ° C gedurende 15 minuten.
- Weeg en voeg de verharder in een gewichtsverhouding van 100: 23 (monomeer: verharder) handmatig roer tot het bereiken homogeniteit.
2. Coating van het glasweefsel met Gefunctionaliseerde Grafeen Nanoplatelet Gevuld Sizing (schorsing) voor Meerschalige composietmaterialen
- Verspreiden gefunctionaliseerde grafeen nanoplatelets in de maatvoering.
- Weeg 7,5 g van f-BNP, die nodig zijn om een 5 gew% te halen hoeveelheid, tot 142,5 g oplosmiddel (sizing / gedestilleerd water, aangegeven in 2.1.2) in een afvoerbuis zuurkast.
- Bereid het mengsel van de f-BNP en van de dimensionering verdund met gedestilleerd water (1: 1 gew) in de afvoerbuis zuurkast. Zodra het gedistilleerd water is toegevoegd, voert het werk buiten de afvoerbuis zuurkast.
- Verspreiden de BNP door probe sonicatie gedurende 45 minuten bij 50% amplitude en een cyclus van 0,5 sec.
- De vacht van de glass stof met de f-BNP gevuld maatvoering.
- Met schaar geschikt voor weefsel snijden, knippen 14 lagen glasweefsel met afmetingen van 120 х 120 mm 2 en smeer ze met het mengsel van f-BNP en dimensionering (2.1.3) door dompelen (een onderdompeling) met een dip coater in de f-BNP gevuld maatvoering.
- Droog de f-BNP gecoat glasweefsel in een vacuümoven bij 150 ° C gedurende 24 uur zoals vermeld in de technische bladen van de fabrikant.
3. Productie van Multiscale Composite Materials
- Fabricage f-BNP / epoxy composietmaterialen.
- Na ontgassen van het mengsel, houdt de f-BNP epoxy hars onder magnetisch roeren bij 80 ° C voor het productieproces.
- Plaats de 14 lagen van het glasweefsel in een oven bij 80 ° C.
- U kunt ook plaats een laag van de f-BNP epoxy en een laag van glasvezel weefsel (14 lagen) sequentially met de hand op een metalen plaat met behulp van een door de luchten roller na het plaatsen van elk glas stoflaag.
- Gebruik een schaar te knippen en plaats de anti-hechtende polymeerfilm (120 х 120 mm 2) op een stalen plaat.
- Breng een laag van de f-BNP / epoxy mengsel op het anti-hechtende polymeerfilm met een borstel. Leg een laag glasvezelweefsel. Let op het belang van de dekking van het gebied van de f-bnp / epoxy regio en afstemming van de verschillende lagen stof. Verwijder het compacte en de lagen via een met de roller luchten.
- Herhaal stap 3.1.3.2 totdat voltooien van alle lagen van het laminaat.
- Breng een laatste laag van de f-BNP / epoxy mengsel met borstel en bedekken het laminaat met een andere laag van anti-hechtende polymeerfilm.
- Zodra alle weefsellagen het zijn opgestapeld, harden het laminaat in een hete plaat pers bij 140 ° C gedurende 8 uur met toenemende druk tot 6 bar.
- Extract het geharde laminaat van de hete plate drukt.
- Fabricage f-BNP / glasvezel composiet materialen door middel van vacuüm bijgestaan hars infusie molding (VARIM).
- Bereid de metalen plaat waar de VARIM zal worden uitgevoerd.
- Reinig de stalen plaat oppervlak met aceton.
- Plaats de anti-hechtende polymeerfilm op de stalen plaat.
- Plaats de sequentie van F-BNP gecoat glasweefsel (14 lagen met afmetingen 120 х 120 mm 2) op de plaat. Zorg ervoor dat de lagen stof visueel en op de tast zijn uitgelijnd.
- Verzegel de vacuümzak met afdichttape voor VARIM proces voorverwarmen het systeem op 80 ° C in een oven.
- Ontgas de DGEBA monomeer onder vacuüm en magnetisch roeren bij 80 ° C gedurende 15 minuten. Voeg de verharder in een gewichtsverhouding van 100: 23 (monomeer: verharder) en roer tot het bereiken homogeniteit.
- Voeg de epoxyhars bij 80 ° C met een vacuümpomp verbonden met de vacuümzak met polymeerbuis dienovereenkomstig glasweefsel paal volledig opgevuld door de epoxy hars te harden en het laminaat in een oven bij 140 ° C gedurende 8 uur.
- Extraheer het geharde laminaat uit de oven en verwijder de vacuümzak en hulpmateriaal.
- Bereid de metalen plaat waar de VARIM zal worden uitgevoerd.
4. Voorbereiding van de monsters voor Strain sensoren Tests
- Monsters machine (Computer Numerical Control - CNC freesmachine) meerschalige laminaten de vereiste dimensie buig- proeven volgens de ASTM D790-02 21 of kristal textielweefsel 10 mm breed om de spanning gevoeligheid van de f-BNP beklede bestuderen stof.
OPMERKING: Monsters worden bevestigd op de bewerking tafel met plakband en bewerkt met de volgende parameters: toevoersnelheid van 500 mm / min, stationair toerental van 5000 min -1 en diepte stappen van 0,1 mm. - zorgvuldig reinigen oppervlak van de bewerkte monsters met aceton om stof te verwijderen.
- Paint lijnen van zilver (acryl geleidende verf) ophet oppervlak van de materialen afstand 20 mm uit elkaar om de elektrische contactweerstand minimaliseren en zich koperdraden het natte zilverlijnen als elektroden voor het meten van de elektrische weerstand tijdens de tests te vergemakkelijken.
LET OP: Elektrische contactpunten bevinden zich aan beide vlakken: compressie oppervlakken en trek onderworpen oppervlakken. - Zodra de zilveren verf droog is, zet de elektrische contacten met smeltlijm elektrisch contact onthechting te voorkomen.
5. Het testen van de Strain Sensor
- Analyseer het elektrisch gedrag van sensoren onder buig- belastingen (driepunts buigproef).
- Meet de breedte en dikte proefstuk met een dikte.
- Stel het model in de mechanische testmachine met de buig- testconfiguratie.
- Stel de testsnelheid (gecontroleerd door stam) tot 1 mm / min en de startpositie dat de aanvankelijke lengte van het monster definieert.
- Sluit deelektrische contacten op de multimeter. Meet de elektrische weerstand tussen elke twee aangrenzende elektrische contacten zoals is aangegeven in figuur 1.
- Run buiging testen en controleren de elektrische weerstand gelijktijdig om variaties als gevolg van de geïnduceerde spanning in het monster te bestuderen.
- Herhaal alle stappen gedurende ten minste 3 monsters van f-BNP / epoxy en f-BNP / glasvezel composiet materialen om de elektrisch gedrag van de samengestelde materialen te bevestigen.
Figuur 1. Elektrische contactpunten opstelling in buig- proeven meerschalige composietmaterialen. Koperen elektroden zijn bevestigd aan het oppervlak van composietmaterialen met lijnen van zilver verf (grijs) teneinde de elektrische contactweerstand minimaliseren. Klik hiervoor een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Analyseer f-BNP / glasweefsel als stam sensoren van menselijke bewegingen.
- Monitor vinger buigen.
- Attach glasweefsel banden voor elk van de vingers van een nitril handschoen met smeltlijm op het inwendige oppervlak zoals aangegeven in figuur 2.
- Herhaal stap 5.1.4, maar het meten van de elektrische weerstand van de contacten die op dezelfde vinger.
- Start de sequentie van vinger buigen te controleren en meten van de elektrische weerstand tijdens vingers buigen. De sequentie van de vinger buigen in dit geval: (1) thumb, (2) index, (3) middelvinger, (4) ringvinger, (5) alle vingers gelijktijdig en (6) rij buigen (hogere snelheid ): (1), (2), (3), (4), (4), (3), (2) en (1).
- Monitor vinger buigen.
Figuur2. Plaats van f-BNP / glasvezel stroken aan de binnenkant van de vingers van een nitril handschoen te controleren vingers buigen. Zodra het glasvezelweefsel is gecoat en gedroogd, band 10 mm breed gesneden en bevestigd aan de verschillende vingers van een handschoen met het doel van de controle op de vinger te buigen en bevestigen de levensvatbaarheid van de hierboven beschreven protocol. klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Het protocol van twee verschillende materialen te verkrijgen is beschreven in de procedure. Het verschil is in de wijze waarop de nanoreinforcement opgenomen in het composietmateriaal met een elektrisch netwerk dat kan worden gebruikt om controle stam bereiken. De eerste methode bestaat uit het bekleden van een glasvezel weefsel met f-BNP sizing die kan worden gebruikt als een slimme stof (genaamd f-BNP / glasvezel) of als versterking van polymeer matrix multiscale composietmaterialen (genaamd f-bnp / glas composietmateriaal). De andere methode is de nanoreinforcement van de epoxy matrix van composietmaterialen met f-BNP (genaamd f-BNP / epoxy composiet materiaal) met behulp van glasvezel als een continue versterking. De infusie van de hars werd uitgevoerd door gebruik VARIM omdat het een van de meest gebruikte methoden in de industrie uitgevoerde, maar andere methoden kunnen worden gebruikt. Een alternatieve productiewerkwijze kan harsinjecteren (RTM) zijn.
ve_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Door het isolerende karakter van de glasvezel, het opnemen van de f-BNP volgens de hierboven beschreven protocol creëert een elektrisch netwerk in het materiaal dat een toename veroorzaakt van het elektrisch geleidingsvermogen tot ~ 10 -3 S / m en kan worden gemodificeerd door het induceren stam. Figuur 3 toont representatieve resultaten van de variatie van genormaliseerde elektrische weerstand door rekgeïnduceerde tijdens buig- proef (driepuntsbuigsterkte) in een f-BNP / glasvezel band. de genormaliseerde elektrische weerstand exponentieel groeit met de toenemende druk door het mechanisme van resistentie tunnel. bij optreedt, springt in het genormaliseerde elektrische weerstand waar te nemen, die gecorreleerd zijn met een daling van de belasting.
Figuur 3. Voorbeeld van een stam monitoring van f-BNP / glasvezel bands onder buig- testen. (AR / Ro, R: ogenblikkelijke elektrische weerstand en Ro: initiële elektrische weerstand) en kracht (F) versus liggerhoogte tijdens buig- proef. Het genormaliseerde elektrische weerstand toeneemt met de druk. Dit verschijnsel doet zich voor omdat trekkrachten veroorzaken afstand tussen de nanodeeltjes en het verlies van contact van bovenliggende BNP. De exponentiële tendens waargenomen tijdens het laden van het monster is het gevolg van een belangrijke bijdrage van de veranderingen geïnduceerd in tunnel weerstand. Tunnel weerstand varieert exponentieel met de afstand tussen de nanodeeltjes als ze op een afstand in de orde van 10 nm 12,21. Daarom wanneer de afstanden tussen naburige BNP verhogen, de elektrische weerstand neemt ook toe met een exponentiële tendens. Dit effect is dominant wanneer het BNP inhoud ligt dicht bij de percolatie drempel 23, maar zijn bijdragevermindert bij hogere BNP inhoud 24,25. Tijdens falen, worden de elektrische gedragsveranderingen en sprongen waargenomen in de elektrische respons. Deze sprongen kunnen worden gecorreleerd tot een daling van de belasting veroorzaakt door de vezel breken, die discontinuïteiten in het elektrische netwerk vormt. Deze discontinuïteiten fungeren als obstakels waardoor de toename van de elektrische weerstand van de BNP / glasvezel bands. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Het elektrisch gedrag van de meerschalige composietmaterialen, f-BNP / epoxy (Figuur 4.a) en f-BNP / glasvezel (Figuur 4.b) composietmaterialen, toont enkele verschillen met de hierboven beschreven gecoate weefsels. Wanneer de compressie blootgesteld oppervlak wordt bewaakt, kunnen twee gebieden worden onderscheiden. Bij lage belasting waarden, de genormaliseerde electrical weerstand vermindert tot ~ 0.010 en ~ 0,015 mm / mm f-BNP / epoxy en f-BNP / glasvezel composiet materialen, respectievelijk. Daarentegen bij spanningen hoger dan de genoemde drempelwaarde, het genormaliseerde elektrische weerstand toeneemt met een exponentiële tendens. Voor de controle op de treksterkte blootgesteld oppervlakken, het genormaliseerde elektrische weerstand verhoogt in beide systemen. De in alle configuraties gevoeligheid in de orde van 10 tot 40 (per eenheid). Bij hoge spanning waarden, de meter factor was -1,4 en 7,8 (per eenheid) voor het comprimeren blootgesteld oppervlak van f-BNP / epoxy en f-BNP / glasvezel composiet materialen en in de orde van 17 en 41 (per eenheid) voor de trek- onderworpen oppervlak van f-BNP / epoxy en f-BNP / glasvezel composiet materialen, respectievelijk.
Figuur 4. Voorbeeld van stam monitoring van (a) f-BNP / epoxy en (b) f-BNP / glasvezel composiet. materialen onder buig- proef De figuur geeft het verloop van de genormaliseerde elektrische weerstand (AR / Ro, R: ogenblikkelijke elektrische weerstand en Ro: initiële elektrische weerstand) en stress (σ) versus rek (ε) tijdens buigsterkte proef. In dit geval zijn de elektrische contacten plaats in de compressie onderworpen (blauwe lijn) en de trek- onderworpen (rode lijn) verkrijgen van verschillende elektrische gedrag. Twee verschillende grafieken opgenomen, die overeenkomen met de twee in het protocol voorgestelde routes:. (A) f-BNP / epoxy en (b) f-BNP / glasvezel composiet materialen tonen hun levensvatbaarheid Klik hier om een grotere versie te bekijken dit figuur.
Als voorbeeld van de toepassing van f-BNP gecoat glasvezel weefsels, Figuur 5.a toont de controle van de vinger te buigen. Elke vinger en de elektrische responsie van de gekoppelde glasfiber band worden onderscheiden door een andere kleur dan het begrijpelijk te maken. De eerste sequentie komt overeen met het buigen van de duim (Figuur 5.b), de index (figuur 5.c), de middelvinger (figuur 5.d) en de ringvinger (figuur 5.E). De genormaliseerde elektrische weerstand afneemt wanneer de daarmee verband houdende vinger buigt en herstelt de oorspronkelijke waarde wanneer de vinger recupereert de uitgangspositie. De tweede bewegingsafloop omvat gelijktijdige buiging van de vier vingers en de derde, een snellere opeenvolging van de bewegingen die de onmiddellijke reactie en het herstel van het genormaliseerde elektrische weerstand. Dit kan gebruikt worden om op afstand om de toestand van botziekten of voetstappen telling gedurende hardlopen en fysiotherapie het herstel te evalueren.
ent "fo: keep-together.within-page =" 1 ">
Figuur 5. Voorbeeld van stam monitoring van de vingers te buigen door het koppelen van de f-BNP / glasvezel bands op een nitrilhandschoen (a) Elektrische respons van de sensor gedurende 3 reeksen van de vingers buigen en. (B - e) de eerste reeks van de vingers te buigen . Naar aanleiding van het protocol beschreven in het huidige werk, het toezicht op de vingers buigen capaciteit mogelijk was AR / R o, R:. Ogenblikkelijke elektrische weerstand en R o: de eerste elektrische weerstand.lank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Self-sensor eigenschappen van nanoreinforced composietmaterialen door het elektriciteitsnet door de f-BNP door de epoxy matrix en langs de glasvezels, die gemodificeerd wanneer spanning wordt geïnduceerd. Dispersie van het f-BNP, is het belangrijk omdat het elektrisch gedrag van de sensoren sterk afhankelijk van de microstructuur van het materiaal. Hier presenteren we een geoptimaliseerde procedure om een goede dispersie van het BNP in de epoxy matrix bereiken en rimpelen van de nanodeeltjes, die het nadeel van de elektrische geleidbaarheid veroorzaakt te vermijden. De kritische stappen zijn de ultrasoonapparaat (operationele parameters) en calandrage processen (walsspleet en snelheid). Deze stappen sterk beïnvloeden de mechanische 26, 27 thermische en elektrische 28 eigenschappen van de multiscale composietmaterialen. Meestal dispersie van nanoreinforcement wordt uitgevoerd in oplosmiddel dat moet vóór het uitharden van nanocomposieten 29,30 te verdampen uitgevoerd </ Sup>. In de in dit werk voorgestelde werkwijze wordt het gebruik van oplosmiddelen vermeden waardoor het milieuvriendelijker. Een andere stap van het protocol, dat ook sterk beïnvloedt de microstructuur van composietmaterialen en derhalve het elektrisch gedrag van de sensoren, is het fabricageproces voor meerschalige composietmaterialen. Tijdens de productie van deze materialen, zelfs als goede dispersie van de nanodeeltjes in de epoxy matrix eerst wordt bereikt, f-BNP verdeling kan sterk worden beïnvloed door filtering verschijnselen. Daarnaast ontgassing van de epoxy matrix is essentieel om mechanische eigenschappen van de meerschalige composietmaterialen, die wordt moeilijker wanneer de matrix wordt het BNP door een grote viscositeit te handhaven.
Elektrisch contact plaatsing moet zorgvuldig worden uitgevoerd om te verzekeren dat de elektrische overgangsweerstanden zo laag mogelijk uitgevoerd. Hiervoor is het belangrijk te verzekeren dat het oppervlaks zijn volledig gereinigd voordat de zilveren verf op de koperen elektroden op te lossen. Voorts alvorens de smeltlijm, zilver verf moet drogen. Zo niet, het oplosmiddel verdampt en veroorzaakt het verschijnen van bellen, waardoor de elektrische contactweerstand. Een van de voordelen van het positioneren van elektrische contacten op het oppervlak van het materiaal, in tegenstelling tot de elektroden zich in het monster 31, is dat het niet opdringerig en is geen nadeel aan mechanische eigenschappen. Tijdens de test-, kunnen de elektrische contacten los te maken van het oppervlak van de monsters. Derhalve goede bevestiging is van essentieel belang dat het elektrische signaal dat zal worden geregistreerd correspondeert alleen de intrinsieke elektrische responsie van het materiaal.
De hierboven beschreven kunnen worden toegepast of gemodificeerd met verschillende vulstof zoals koolstof nanobuizen of andere geleidende nanodeeltjes protocol dat ook tot elektrisch conductive composieten met self-sensing eigenschappen 32,33. Het monitoringsprotocol kan worden geëxtrapoleerd naar andere testopstellingen voor schade detectie en kwantificering. Een beperking van de voor de elektrische contacten is dat hun locatie op monsteroppervlakken beperkt de hoeveelheid materiaal dat de elektrische weerstand wordt geanalyseerd. Door het ontwerpen van een systeem met volumetrische metingen kunnen interne schade worden gedetecteerd en gekwantificeerd, maar in dit geval kan mechanische eigenschappen worden aangetast. Het protocol zou nuttig kunnen zijn in biomechanische toepassingen op afstand toezicht op de ontwikkeling van botziekten of voetstappen te tellen tijdens het hardlopen of in fysieke therapie om het herstel te evalueren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
De auteurs willen graag naar het Ministerio de Economía y Competitividad Spanje Government (Project MAT2013-46695-C3-1-R) en Comunidad de Madrid Overheid (P2013 / MIT-2862) te erkennen.
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 |
References
- Farrar, C. R., Worden, K. An introduction to structural health monitoring. Philos Trans Math Phys Eng Sci. 365, 303-315 (2007).
- Lorenzo, E. D., et al. Structural Health Monitoring challenges on the 10-MW offshore wind turbine model. J Phys Conf Ser. 628, 012081 (2015).
- Braga, D. F. O. O., et al. Advanced design for lightweight structures: Review and prospects. Prog Aerosp Sci. 69, 29-39 (2014).
- Garcìa Márquez, F. P., Tobias, A. M., PinarPérez, J. M., Papaelias, M. Condition monitoring of wind turbines: Techniques and methods. Renew Energy. 46, 169-178 (2012).
- Chung, D. D. L. Self-monitoring structural materials. Mater Sci Eng R Reports. 22, 57-78 (1998).
- Kandare, E., et al. Improving the through-thickness thermal and electrical conductivity of carbon fibre/epoxy laminates by exploiting synergy between graphene and silver nano-inclusions. Compos Part A Appl Sci Manuf. 69, 72-82 (2015).
- Amjadi, M., Pichitpajongkit, A., Lee, S., Ryu, S., Park, I. Highly stretchable and sensitive strain sensor based on silver nanowire-elastomer nanocomposite. ACS Nano. 8, 5154-5163 (2014).
- Alamusi, H. N., Fukunaga, H., Atobe, S., Liu, Y., Li, J. Piezoresistive strain sensors made from carbon nanotubes based polymer nanocomposites. Sensors. 11, 10691-10723 (2014).
- Njuguna, M. K. K., Yan, C., Hu, N., Bell, J. M. M., Yarlagadda, P. K. D. V. Sandwiched carbon nanotube film as strain sensor. Compos Part B Eng. 43, 2711-2717 (2012).
- Liu, Y., Rajadas, A., Chattopadhyay, A. A biomimetic structural health monitoring approach using carbon nanotubes. JOM. 64, 802-807 (2012).
- Eswaraiah, V., Balasubramaniam, K., Ramaprabhu, S. Functionalized graphene reinforced thermoplastic nanocomposites as strain sensors in structural health monitoring. J Mater Chem. 21, 12626-12628 (2011).
- Chiacchiarelli, L. M., et al. The role of irreversible and reversible phenomena in the piezoresistive behavior of graphene epoxy nanocomposites applied to structural health monitoring. Compos Sci Technol. 80, 73-79 (2013).
- Le, J., Du, H., Dai, S. Use of 2D Graphene Nanoplatelets (GNP) in cement composites for structural health evaluation. Compos Part B. 67, 555-563 (2014).
- Ren, X., Burton, J., Seidel, G. D., Lafdi, K. Computational multiscale modeling and characterization of piezoresistivity in fuzzy fiber reinforced polymer composites. Int J Solids Struct. 54, 121-134 (2015).
- Park, M., Park, J., Jeong, U. Design of conductive composite elastomers for stretchable electronics. Nano Today. 9, 244-260 (2014).
- Kim, Y. J., et al. Preparation of piezoresistive nano smart hybrid material based on graphene. Curr Appl Phys. 11, S350-S352 (2011).
- Sadeghi, M. M., Pettes, M. T., Shi, L. Thermal transport in graphene. Solid State Commun. 152, 1321-1330 (2012).
- Potts, J. R., Dreyer, D. R., Bielawski, C. W., Ruoff, R. S. Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer. 52, 5-25 (2011).
- Zaman, I., et al. A facile approach to chemically modified graphene and its polymer nanocomposites. Adv Funct Mater. 22, 2735-2743 (2012).
- Moriche, R., et al. Morphological changes on graphene nanoplatelets induced during dispersion into an epoxy resin by different methods. Compos Part B Eng. 72, 199-205 (2015).
- ASTM International. ASTM D790-15e2, Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials. , West Conshohocken, PA. http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi, D790 (2015).
- Gong, S., Zhu, Z. H., Meguid, S. A. Carbon nanotube agglomeration effect on piezoresistivity of polymer nanocomposites. Polymer. 55, 5488-5499 (2014).
- Zhao, J., et al. Ultra-sensitive strain sensors based on piezoresistive nanographene films. Appl Phys Lett. 101, 063112 (2012).
- Galpaya, D., et al. Recent advances in fabrication and characterization of graphene-polymer nanocomposites. Graphene. 1, 30-49 (2012).
- Kanoun, O., et al. Flexible Carbon Nanotube Films for High Performance Strain Sensors. Sensors. 14, 10042-10071 (2014).
- Zaman, I., et al. Epoxy/graphene platelets nanocomposites with two leves of interface strength. Polymer. 52, 1603-1611 (2011).
- Chu, K., Li, W. S., Dong, H. Role of graphene waviness on the thermal conductivity of graphene composites. Appl Phys A. 111, 221-225 (2013).
- Monti, M., et al. Morphology and electrical properties of graphene-epoxy nanocomposites obtained by different solvent assisted processing methods. Compos Part A. 46, 166-172 (2013).
- Moazzami Gudarzi, M., Sharif, F. Enhancement of dispersion and bonding of graphene-polymer through wet transfer of functionalized graphene oxide. Express Polym Lett. 6, 1017-1031 (2013).
- Fan, H., et al. Fabrication, mechanical properties and biocompatibility of graphene-reinforced chitosan composites. Biomacromolecules. 11, 2345-2351 (2010).
- Teomete, E. Transverse strain sensitivity of steel fiber reinforced cement composites tested by compression and split tensile tests. Constr Build Mater. 55, 136-145 (2014).
- Nauman, S., Cristian, I., Koncar, V. Simultaneous Application of Fibrous Piezoresistive Sensors. Sensors. 11, 9478-9498 (2011).
- Han, B., Ding, S., Yu, X. Intrinsic self-sensing concrete and structures A review. Measurement. 59, 110-128 (2015).
