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全球動態及新知特寫
可以監控自身的結構健康狀況的複合材料
Next-Generation Composites May Monitor Their Own Structural Health
內容 輕質和堅固的碳纖維複合材料是汽車、飛機和其它運輸車輛的重要結構材料,其組成有環氧樹脂等聚合物基質,主要嵌入是增強碳纖維堅硬度。但由於這兩種材料的機械性能不同,纖維可能在過度的應力或疲勞下從基質脫離,表示碳纖維複合材料結構中的損壞,可能隱藏在表面底下,透過目視檢查仍無法檢測得到,這可能會導致災難性故障。

在ACS Applied Materials&Interfaces期刊上報導,美國能源部橡樹嶺國家實驗室的研究人員利用卷對卷的技術,將半導體碳化矽奈米粒子塗覆導電碳纖維上,藉由檢測複合材料的電導率變化,可監測其結構變化,以及不同含量奈米粒子所製成的複合材料之能量消散,在每種濃度下,奈米粒子都能增強能量消耗。

研究人員利用傅立葉轉換紅外光譜儀進行了額外的測試,研究複合材料中的化學鍵,用來幫助對機械強度觀察的理解。透過振動阻尼行為測量,測試不濃度的奈米粒子製成的複合材料,觀察結構材料受到的衝擊、震動和其他應力和應變,在不同的奈米粒子濃度下,其能量消耗增強了65%至257%,因此為自感應碳纖維複合材料的製造方法申請了專利。

如果複合材料變形,則塗層纖維連接性會被破壞因而改變材料的電阻。假設暴風急流導致飛機機翼的複合材料彎曲,電訊號就會警告飛機的電腦,機翼已承受過大的應力,並提示進行檢查。卷對卷的方法可用於大規模生產下一代塗層纖維複合材料;自感應複合材料來源可由再生聚合物基質和低成本碳纖維製成,可應用於任何產品上,甚至可利用3D列印打造車輛和建築物。
發佈時間 2018/11/16
資料來源 https://phys.org/news/2018-11-next-generation-composites-health.html
新聞出處 Phys Org