石墨烯/碳納米管嵌入式纖維傳感器對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料原位監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系對(duì)比

編號(hào)：CYYJ01666

篇名：石墨烯/碳納米管嵌入式纖維傳感器對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料原位監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系對(duì)比

作者：徐鵬 王冠韜 劉奎 羅斯達(dá)

關(guān)鍵詞： 碳納米管 還原氧化石墨烯 纖維傳感器 復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

機(jī)構(gòu)： 上海飛機(jī)制造有限公司復(fù)合材料中心 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院

摘要： 基于碳納米材料的纖維傳感技術(shù)已成為復(fù)合材料原位結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中一項(xiàng)十分有前景的技術(shù)。本研究采用兩種不同的碳納米傳感元件—碳納米管(carbon nanotube, CNT)涂層纖維(carbon nanotube coated fibers,CNTF)和還原氧化石墨烯(reduced graphene oxide, RGO)涂層纖維(reduced graphene oxide coated fibers, RGOF),分別制造合成具有自傳感特性的復(fù)合材料,并比較研究?jī)煞N嵌入式纖維傳感器的傳感性能和機(jī)理。從兩種傳感器的壓阻效應(yīng)可看出:RGOF的壓阻靈敏度更高,并清晰地展現(xiàn)出從線性至非線性的兩階段壓阻行為;而CNTF,則在發(fā)生斷裂前始終呈現(xiàn)出平穩(wěn)而有序的電學(xué)信號(hào)。這種強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系,可以用樹(shù)脂滲透理論加以闡釋。對(duì)CNTF而言,樹(shù)脂分子可以滲透到其多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,形成集成在纖維表面完整的CNT/樹(shù)脂納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。相比之下,具有大橫向尺寸和表面一致性的RGO則可形成阻礙樹(shù)脂滲透的無(wú)創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和傳感機(jī)理的進(jìn)一步分析與研究表明,CNTF適用于材料的力學(xué)狀態(tài)識(shí)別與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),而RGOF則對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的早期預(yù)警更有實(shí)用價(jià)值。