Carbone-nanocomposite après avoir terminé le processus de moulage. L'échantillon sera testé pour la réponse piézorésistive après des finitions mineures. Ces matériaux peuvent être façonnés dans presque toutes les tailles et formes. Crédit :L'image a été prise au Laboratoire de Micro et Nano Mécanique, CDMM chez Skoltech.
Une équipe de recherche du Center for Design, Manufacturing and Materials chez Skoltech a récemment publié une étude axée sur les matériaux multifonctionnels créés par l'ajout de nanoparticules de carbone à des matrices polymères, conçu pour permettre une surveillance d'auto-diagnostic grâce à une technique peu coûteuse.
L'étude, rédigé par Ph.D. l'étudiant Hassaan Ahmad Butt du groupe de recherche du professeur Sergey Abaimov, a récemment été publié dans Structures composites et fait partie d'un projet en plusieurs phases conçu pour créer des matériaux auto-détecteurs qui peuvent être incorporés et produits en utilisant les voies de fabrication industrielles existantes.
Avec les demandes de propriété des composites polymères augmentant d'année en année dans le monde entier, les nanoparticules de carbone ont reçu une grande attention lorsqu'il s'agit de leur ajout à de tels systèmes de matériaux. Des études ont montré qu'ils peuvent augmenter les propriétés mécaniques requises avec des quantités d'ajout relativement faibles, tout en permettant au matériau final d'être de nature électriquement conducteur et piézorésistif. Cependant, l'incorporation de nanoparticules de carbone dans la production à grande échelle est problématique, nécessitant des mises à niveau intensives des installations.
"C'est pourquoi nous avons décidé d'utiliser des mélanges maîtres et disponibles industriellement, techniques de fabrication peu coûteuses. Les mélanges maîtres peuvent être stockés, transportés et intégrés dans des itinéraires de production à grande échelle sans nécessiter de révisions coûteuses. Presque toutes les installations traitant des polymères thermodurcissables disposent d'un simple mélangeur, " dit Hassan.
CNT-nanocomposites testés pour la réponse piézorésistive dans un Intron 5969 Universal Testing Systems sous charge de traction. Les valeurs de résistance changent au fur et à mesure que la charge de traction augmente, ce qui permet au matériau d'envoyer un auto-rapport sur son état. Les lignes argentées sont des contacts conducteurs et les taches blanches sont utilisées par le système de corrélation d'images numériques (DIC) LIMESS pour calculer les valeurs de déformation. Crédit :L'image a été prise au Laboratoire d'essais mécaniques, CDMM chez Skoltech.
L'étude examine comment l'ajout de nanoparticules de carbone peut modifier la conductivité électrique des matrices polymères et comment cela peut lui-même changer pendant le chargement mécanique, être surveillé, et donc liée à la déformation que subit le matériau. À son tour, cela élimine le besoin de techniques de surveillance complexes, avec un simple multimètre pouvant déterminer la réponse.
Essentiellement, l'utilisation de ces matériaux a le potentiel de remplacer les capteurs dans les systèmes critiques de poids tels que les structures d'avions, le matériau lui-même étant capable de fournir des mesures. Les mêmes matériaux et la même voie de production peuvent être utilisés pour fabriquer des matériaux électriquement conducteurs pour des applications telles que l'impression de circuits électriques, blindage électromagnétique et capteurs de température et d'humidité spécialisés. Le concept matière ne se limite pas à cette filière de fabrication spécifique, avec une applicabilité possible avec la pultrusion et l'infusion sous vide également.
« Les matériaux actuels ont des applications allant de la sphère aérospatiale aux capteurs spécialisés. Les matériaux sont uniques en ce qu'ils peuvent être transformés en structures ou réduits pour être attachés en tant que capteurs miniatures séparés, " dit Hassan.
