Grafen Nanoplatelets ile Ölçekli Kompozit Malzemeler Güçlendirilmiş dayanarak suşu Algılama
Summary
cam elyaf kompozit malzemeler bu tür grafen nanoplatelets olarak iletken nanopartiküllerin, entegrasyon suşu duyarlı bir içsel elektrik ağı oluşturur. Burada, farklı yöntemler epoksi matris içine ya da cam kumaşlar üzerinde bir kaplama önerilmiştir olarak grafen nanoplatelets eklenmesi dayalı gerilme sensörleri elde etmek.
Abstract
NH 2 elektrik tepki grafen baskı altında kompozit malzemeler çalışıldı nanoplatelets işlevselleştirilmiş. Iki farklı imalat yöntemi Bu çalışma elektrik bir ağ oluşturmak için önerilmektedir: (a) Aynı nanoplatelets dolu bir boyutlandırma epoksi matriks ve cam kumaş (b) kaplama içine nanoplatelets dahil edilmesi. 10 -3 S / m ~ bir düzlem elektrik iletkenliği ile çok ölçekli kompozit malzemelerin her iki tip, bağlı bitişik işlevselleştirilmiş grafen nanoplatelets ve örten olanlar arasındaki temas kaybı arasında bir mesafe için gerilme arttıkça elektriksel direnç üstel büyüme gösterdi. tarif edilen prosedürler kullanılarak, bu araştırma sırasında analiz malzeme duyarlılığı, ticari olarak temin edilebilen gerinim ölçerler daha yüksek olduğu gösterilmiştir. yapısal kompozit malzemenin kendine algılama için önerilen prosedürler yapısal sağlık monitör kolaylaştıracakBöyle offshore rüzgar enerjisi çiftlikleri gibi zor erişim emplacements bileşenlerin ing. Çok ölçekli kompozit malzemelerin duyarlılığı gerilme ölçerler olarak kullanılan metalik folyolar hassasiyeti, NH 2 fonksiyonlaşmış grafen nanoplatelets kaplanmış kumaşlar ile ulaştığı değerden oldukça yüksek olmasına rağmen üstün büyüklükte yaklaşık bir emirdi. Bu sonuç, potansiyel bu parmaklar veya diz bükülme insan hareketlerini izlemek için, akıllı kumaş olarak kullanılacak açıklanacaktır. Önerilen yöntem kullanılarak, akıllı kumaş hemen bükme algılar ve anında geri verebilir. Bu durum hassas eğilme zaman izlenmesi ve bükme derecesini verir.
Introduction
Yapısal sağlık izleme (SHM) nedeniyle yapıların 1-3 kalan ömrünü bilmek ihtiyacı giderek daha önemli hale gelmiştir. Günümüzde, bu tür offshore rüzgar santralleri, bakım işlemlerinde yüksek risklere kurşun yanı sıra büyük maliyetler 2-4 olarak erişim yerle zor. Kendini algılama malzemeler nedeniyle kendi kendini kontrol suşu ve hasar 5 kabiliyetlerine SHM alanındaki olanakları birini oluşturmaktadır.
Rüzgar türbinlerinin durumunda, bıçaklar genelde elektriksel izolasyonu olan cam elyaf / epoksi kompozit malzemeler, imal edilmektedir. Bu kompozit malzeme kendini algılama özellikler kazandırmak için, duyarlı bir içsel bir elektrik şebekesine zorlanma ve hasar oluşturulmalıdır. Son birkaç yılda, bu tür gümüş nanoteller 6,7, karbon nanotüpler (CNT) 8-10 ve grafen nanoplatelets (GNPs) 11-13 gibi iletken nanopartiküllerin birleştirilmesiBu elektrik ağ oluşturmak için çalışılmıştır. Bu nanopartiküller, polimer matrisine dolgu maddesi olarak sisteme ya da cam elyaf kumaş 14 kaplanarak dahil edilebilir. Bu malzemeler, diğer endüstriyel örneğin alanlar, havacılık, otomotiv ve mühendislik 5 uygulanabilir ve kaplanmış kumaşlar biyomekanik uygulama 7,15 olarak akıllı materyaller kullanılabilir.
Bu sensörlerin Piezoresistivity üç farklı katkıları ile elde edilir. İlk katkı nanopartiküllerinin iç piezoresistivity olduğu; yapısının bir soyu nanopartiküllerinin elektrik iletkenliği değiştirir. Ancak, ana katkıları nedeniyle örten olanlar 9 arasındaki temas alanının varyasyonlar nedeniyle komşu nanopartiküller ve elektriksel temas direnci arasındaki mesafelerde değişikliklere tünel elektriksel direnç değişiklikleri, vardır. Bu piezoresistivity yüksek olduğunda 2B nElektrik şebekesi geometrik değişiklikler ve süreksizliklerin, 16 superior büyüklük genellikle bir sipariş daha yüksek bir duyarlılık sunuyor çünkü anoparticles 1D nanopartiküller ile karşılaştırıldığında nano-dolgu olarak kullanılır.
Nedeniyle 2B atom karakteri 17 ve yüksek elektriksel iletkenlik 18,19 ile grafen nanoplatelets gelişmiş hassasiyet ile kendini sensörleri elde etmek için çok ölçekli kompozit malzemelerin nano-pekiştirici olarak bu çalışmada seçilmiştir. Kompozit malzeme içine GNPs dahil iki farklı yolu algılama mekanizmaları ve duyarlılık olası farklılıkları aydınlatmak amacıyla incelenir.
Protocol
Representative Results
Discussion
nanoreinforced kompozit malzemelerin öz-sensör özellikleri streyn indüklemeli zaman modifiye edilmiş epoksi matris boyunca ve cam lifleri boyunca ön-GNPs tarafından oluşturulan elektrik şebekesine, kaynaklanmaktadır. Sensörlerin elektriksel davranışı şiddetle malzemenin mikro bağlıdır çünkü f-GNPs dağılım sonra önemlidir. Burada, epoksi matrisine GNPs bir dağılım elde etmek için ve elektrik iletkenliği zararına neden nanopartiküllerinin kırışmasını önlemek için optimize edilmiş bi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar İspanya Hükümeti Ministerio de Economía y Competitividad (Proje MAT2013-46695-C3-1-R) ve Comunidad de Madrid Hükümeti (P2013 / MIT-2862) kabul etmek istiyorum.
Materials
| 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. , 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).
