新型納米復(fù)合材料具備自我監(jiān)測能力 可用于3D打印汽車

魔猴君  行業(yè)資訊   2223天前

據(jù)外媒報道，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的研究人員發(fā)明了一種卷對卷工藝，用半導(dǎo)體碳化硅納米粒子涂覆導(dǎo)電碳纖維。此類納米材料嵌入復(fù)合材料比其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料更強(qiáng)大，并具有新的能力——監(jiān)測自身結(jié)構(gòu)是否健康的能力。

碳纖維復(fù)合材料由環(huán)氧樹脂等聚合物基質(zhì)組成，其中嵌入了增強(qiáng)碳纖維。由于此兩種材料的機(jī)械性能不同，纖維可能在過度的壓力或疲勞下從基質(zhì)脫落，即意味著碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的損壞部位可能隱藏在其表面之下，通常沒有辦法通過目視檢查檢測到，從而可能導(dǎo)致災(zāi)難性的故障。

當(dāng)有足夠的涂覆纖維嵌入聚合物中時，纖維會形成電網(wǎng)絡(luò)，并且大部分復(fù)合材料會成為導(dǎo)電材料。而半導(dǎo)體納米顆粒能夠響應(yīng)施加在其上面的壓力，從而破壞電導(dǎo)率，為復(fù)合材料添加機(jī)電功能。

如果復(fù)合材料變形，涂層纖維的連接性就會破壞并且材料中的電阻會發(fā)生變化。如果有風(fēng)暴湍流導(dǎo)致此類復(fù)合材料制成的飛機(jī)機(jī)翼發(fā)生彎曲，電子訊號就會警告飛機(jī)的計算機(jī)告知機(jī)翼已承受了過大壓力，并且提示需要進(jìn)行檢查。

ORNL的卷對卷展示在原則上證明，該方法可用于大規(guī)模生產(chǎn)下一代復(fù)合材料的涂層纖維。此自我感知復(fù)合材料可由可再生聚合物基質(zhì)和低成本的碳纖維材料制成。碳纖維材料無處不在，由3D打印制成的汽車和建筑物中就可以發(fā)現(xiàn)。

為了制造納米粒子嵌入纖維，研究人員將高性能碳纖維線軸裝到輥子上，將纖維浸入環(huán)氧樹脂中，環(huán)氧樹脂載有45至65納米寬的納米粒子，然后將纖維放置烘箱中進(jìn)行干燥，以固化涂層。

來源：中國3D打印網(wǎng)