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  碳化硅涂覆碳纤维制成具备健康监测功能的导电复合材料
2018-11-30
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  近日,美国橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员发明了一种卷对卷工艺,用半导体碳化硅纳米粒子涂覆导电碳纤维,证明此类涂层纤维材料作为复合材料的增强材料,比其他纤维增强复合材料更强大,并具有新的能力——自身结构健康监测功能。

  
 

  

 

  
 

  碳纤维复合材料由环氧树脂等聚合物基质和增强碳纤维组成。由于此两种材料的机械性能不同,纤维可能在过度的压力或疲劳下从基质脱黏,这意味着碳纤维复合材料结构中的损坏部位可能隐藏在其表面之下,通常无法通过目视检查检测到,从而可能导致灾难性的故障。

  
 

  

 

  
 

  为了制造嵌入纳米粒子的纤维,研究人员将高性能碳纤维浸入载有粒径为45~65nm的纳米粒子的环氧树脂中,然后将纤维放置烘箱中进行干燥,以固化涂层。当有足够的涂层纤维嵌入聚合物中时,纤维会形成电网络,成为导电复合材料。而半导体纳米颗粒能够通过电导率的改变响应施加在复合材料上的压力,从而为复合材料添加机电功能。

  
 

  

 

  
 

  如果复合材料变形,涂层纤维的连接性就会破坏并且材料中的电阻会发生变化。如果有风暴湍流导致此类复合材料制成的飞机机翼发生弯曲,电子讯号就会警告飞机上的计算机机翼已承受了过大压力,并且提示需要进行检查。

  
 

  

 

  
 

  ORNL的卷对卷技术证明,该方法可用于大规模生产下一代复合材料的涂层纤维。此自我感知复合材料可由可再生聚合物基质和低成本的碳纤维材料制成。

  (来源:盖世汽车网)

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