Kol-nanokomposit efter avslutad formningsprocess. Provet kommer att testas för piezoresistivt svar efter mindre finesser. Dessa material kan formas till nästan alla storlekar och former. Kredit:Bilden togs i Laboratory of Micro and Nano Mechanics, CDMM på Skoltech.
Ett forskargrupp från Center for Design, Tillverkning och material på Skoltech har nyligen publicerat en studie med fokus på multifunktionella material som skapats genom tillsats av kolnanopartiklar till polymermatriser, utformad för att tillåta självdiagnostisk övervakning genom en billig teknik.
Studien, författad av Ph.D. student Hassaan Ahmad Butt från forskargruppen till professor Sergey Abaimov, har nyligen publicerats i Sammansatta strukturer och är en del av ett flerfasprojekt som är utformat för att skapa självkännande material som kan införlivas och produceras med hjälp av befintliga industriella tillverkningsvägar.
Med krav på egendom från polymerkompositer som ökar år för år över hela världen, kolnanopartiklar har fått stor uppmärksamhet när det gäller deras tillägg till sådana materialsystem. Studier har visat att de kan öka erforderliga mekaniska egenskaper med relativt små tilläggsmängder, hela tiden så att det slutliga materialet kan vara elektriskt ledande och piezoresistivt. Dock, kol nanopartiklar införlivande i storskalig produktion är problematisk, kräver intensiva uppgraderingar av anläggningen.
"Det är därför vi bestämde oss för att använda masterbatcher och industriellt tillgängliga, billiga tillverkningstekniker. Masterbatcher kan lagras, transporteras och införlivas i storskaliga produktionsvägar utan att det krävs dyra översyner. Nästan varje anläggning som handlar om härdpolymerer har en enkel mixer, sa Hassaan.
CNT-nanokompositer testas för piezoresistivt svar i ett Intron 5969 Universal Testing System under dragbelastning. Resistansvärdena ändras när ökad dragbelastning appliceras vilket gör att materialet kan skicka en självrapport om dess skick. Silverlinjerna är ledande kontakter och de vita fläckarna används av LIMESS -systemet för digital bildkorrelation (DIC) för att beräkna stamvärden. Kredit:Bilden togs i Laboratory of Mechanical Testing, CDMM på Skoltech.
Studien undersöker hur tillsatsen av kolnanopartiklar kan förändra den elektriska konduktiviteten hos polymermatriser och hur detta i sig kan förändras under mekanisk belastning, övervakas, och därmed relaterat till deformationen materialet upplever. I tur och ordning, detta minskar behovet av komplexa övervakningstekniker, med en enkel multimeter som kan bestämma svaret.
Väsentligen, användningen av sådana material har potential att ersätta sensorer i viktkritiska system som flygplanstrukturer, med själva materialet som kan ge mätningar. Samma material och produktionsväg kan användas för att tillverka elektriskt ledande material för applikationer som t.ex. elektrisk kretsutskrift, elektromagnetisk skärmning och specialiserade temperatur- och fuktsensorer. Materialkonceptet är inte begränsat till denna specifika tillverkningsväg, med möjlig tillämpning också med pultrusion och vakuuminfusion.
"De nuvarande materialen har tillämpningar som sträcker sig från flyg- och rymdfältet till specialiserade sensorer. Materialen är unika i det faktum att de kan skalas upp till strukturer eller skalas ner för att fästas som separata miniatyrsensorer, sa Hassaan.
