Nanocomposito di carbonio dopo aver terminato il processo di stampaggio. Il campione sarà testato per la risposta piezoresistiva dopo piccoli ritocchi finali. Questi materiali possono essere modellati in quasi tutte le dimensioni e forme. Credito:L'immagine è stata scattata nel Laboratorio di Micro e Nano Meccanica, CDMM presso Skoltech.
Un gruppo di ricerca del Centro per il Design, Manufacturing and Materials at Skoltech ha recentemente pubblicato uno studio incentrato su materiali multifunzionali creati mediante l'aggiunta di nanoparticelle di carbonio a matrici polimeriche, progettato per consentire il monitoraggio autodiagnostico attraverso una tecnica poco costosa.
Lo studio, scritto da Ph.D. studente Hassaan Ahmad Butt del gruppo di ricerca del professor Sergey Abaimov, è stato recentemente pubblicato su Strutture composite e fa parte di un progetto multifase progettato per creare materiali autosensibili che possono essere incorporati e prodotti utilizzando percorsi di produzione industriale esistenti.
Con le richieste di proprietà dei compositi polimerici che aumentano di anno in anno in tutto il mondo, le nanoparticelle di carbonio hanno ricevuto una grande attenzione quando si tratta della loro aggiunta a tali sistemi di materiali. Gli studi hanno dimostrato che possono aumentare le proprietà meccaniche richieste con quantità di aggiunta relativamente piccole, per tutto il tempo permettendo al materiale finale di essere elettricamente conduttivo e di natura piezoresistiva. Però, l'incorporazione di nanoparticelle di carbonio nella produzione su larga scala è problematica, che richiedono aggiornamenti intensivi della struttura.
"Per questo abbiamo deciso di utilizzare masterbatch e industrialmente disponibili, tecniche di produzione poco costose. I masterbatch possono essere memorizzati, trasportati e incorporati in percorsi di produzione su larga scala senza la necessità di costose revisioni. Quasi tutte le strutture che si occupano di polimeri termoindurenti hanno un semplice miscelatore, " disse Hassaan.
Nanocompositi CNT testati per la risposta piezoresistiva in un sistema di prova universale Intron 5969 sotto carico di trazione. I valori di resistenza cambiano all'aumentare del carico di trazione che consente al materiale di inviare un'autovalutazione delle sue condizioni. Le linee argentate sono contatti conduttivi e le macchioline bianche sono utilizzate dal sistema di correlazione delle immagini digitali (DIC) LIMESS per calcolare i valori di deformazione. Credito:L'immagine è stata scattata nel Laboratorio di Prove Meccaniche, CDMM presso Skoltech.
Lo studio esamina come l'aggiunta di nanoparticelle di carbonio può modificare la conduttività elettrica delle matrici polimeriche e come questa stessa può cambiare durante il carico meccanico, essere monitorato, e quindi in relazione alla deformazione che il materiale sta subendo. A sua volta, questo elimina la necessità di complesse tecniche di monitoraggio, con un semplice multimetro in grado di determinare la risposta.
Essenzialmente, l'uso di tali materiali ha il potenziale per sostituire i sensori in sistemi critici per il peso come strutture di aeromobili, con il materiale stesso in grado di fornire misurazioni. Gli stessi materiali e lo stesso percorso di produzione possono essere utilizzati per produrre materiali elettricamente conduttivi per applicazioni come la stampa di circuiti elettrici, schermatura elettromagnetica e sensori di temperatura e umidità specializzati. Il concetto di materiale non è limitato a questo specifico percorso di produzione, con possibile applicabilità anche con pultrusione e infusione sotto vuoto.
"I materiali attuali hanno applicazioni che vanno dalla sfera aerospaziale ai sensori specializzati. I materiali sono unici per il fatto che possono essere ridimensionati in strutture o ridimensionati per essere collegati come sensori in miniatura separati, " disse Hassaan.
