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先进材料新闻:弯曲传感器箔将使材料更强大!

发布日期:2018-03-20

 

   机械结构变得越来越复杂。与此同时,更复杂的材料也被制造并使用,复合材料就是一个典型的例子。在几种典型的复合材料中,纤维增强聚合物是由增强纤维(主要是玻璃或碳)制成的,它们与聚合物树脂(主要是环氧树脂)融合在一起而成。聚合物树脂使这些复合材料非常轻,而增强纤维提供了优良的刚度和强度。因此,这种复合材料在轻质但非常坚固的材料的应用中非常有吸引力,例如飞机、风力涡轮机叶片、赛车等。

   然而,由于这些材料的综合性质和固有的各向异性,它们的力学行为(例如,它们的失效机制)比传统材料如金属更难预测。为此,机械结构过大时,可以过早(出于安全考虑)或过晚(结构破坏后)的更换材料。因此,将传感器集成在这样的材料中,以便实时监测它们并能够预测老化或失效机制是很有意思的。这将延长它们的寿命,并通过减少原材料的使用和节约能源来大大减少对环境的影响。

   传统上,应变计已用于此目的,但最近,光学变体,即光纤与布拉格光栅传感器已被采纳。这种光纤传感器是非常惰性的,不易受到电磁干扰,并且非常小,使得它们非常易于集成到复合材料中。

   然而,光纤传感器主要对纵向应变敏感,因此要知道材料中某一点的总应变矢量,必须在不同方向上放置多个纤维,这是非常具有挑战性的。通过利用聚合物薄片中代替光纤实现这种光学传感机制,使得这一难题得到解决。

   在制造过程中,传感器在铝箔上的定位是固定的,因此它可以很容易地被安装而不干扰传感器的方向。此外,这些传感器箔可以非常薄(低至50μm),以便它们可以在制造过程中嵌入复合材料中。这样可以保护他们有时免受恶劣操作环境的伤害,不需要使用胶水(不影响应变传递),并可以监测结构的内部。由于这些传感器箔是由聚合物制成的,所以它们非常灵活,也可以应用于需要拉长或弯曲到小半径的应用中。在这项研究中,来自根特大学的JeroenMissinne等人研究的弯曲传感器半径达到了11毫米,而且在拉长1.4%时不丧失其功能,另外还有可能进一步的改进。

 

 

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