聚合物基體中的碳納米管形成一個由電阻器、電感器和電容器組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。目前的研究重點是使用多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂薄膜進行無線應(yīng)變傳感。按照特定的工藝，制造了具有不同多壁碳納米管濃度的納米復(fù)合材料應(yīng)變片。對這些原型的測試表明，多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂薄膜可以通過產(chǎn)生感應(yīng)電壓來響應(yīng)無線電磁激發(fā)。實驗測量還證明，機械應(yīng)變會影響多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂應(yīng)變片的共振頻率。因此，納米復(fù)合薄膜可用于通過計算共振頻率的偏移來無線檢測機械應(yīng)變。為了揭示無線傳感的工作機制，本研究假設(shè)納米復(fù)合應(yīng)變片可以通過等效 RLC 電路建模。隨后的理論分析，以及分析預(yù)測與實驗結(jié)果的比較都表明該假設(shè)是合理的，因為RLC模型可以成功地解釋共振頻率的應(yīng)變引起的偏移現(xiàn)象。目前的工作為制造標(biāo)簽型無線應(yīng)變傳感器提供了一種有前途的方法。因為 RLC 模型可以成功地解釋諧振頻率的應(yīng)變引起的偏移現(xiàn)象。目前的工作為制造標(biāo)簽型無線應(yīng)變傳感器提供了一種有前途的方法。因為 RLC 模型可以成功地解釋諧振頻率的應(yīng)變引起的偏移現(xiàn)象。目前的工作為制造標(biāo)簽型無線應(yīng)變傳感器提供了一種有前途的方法。
Fig 1. 制備 MWCNT/環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料應(yīng)變傳感器的過程。
Fig 2. MWCNT/環(huán)氧樹脂應(yīng)變計被視為 RLC 電路。(a) 環(huán)氧樹脂中 MWCNT 網(wǎng)絡(luò)的 SEM 圖像；(b) MWCNT 網(wǎng)絡(luò)包含電阻器、電容器和電感器；(c) MWCNT/環(huán)氧樹脂應(yīng)變計被視為 RLC 電路。
Fig 3. 用于驗證 MWCNT/環(huán)氧樹脂應(yīng)變片無線功能的示意圖設(shè)置。
Fig 4. 驗證MWCNT/環(huán)氧樹脂應(yīng)變片無線功能的測試結(jié)果。(a) Scheme-1中應(yīng)變計作為接收器時的RMS電壓；(b) 在方案 2 中，當(dāng)應(yīng)變計作為激勵器時，Coil-1 的 RMS 電壓。
Fig 5.
??-MIV和具有 0.6 wt% MWCNT 的復(fù)合膜的應(yīng)變之間的關(guān)系。(a) 不同應(yīng)變下的 NIV-頻率曲線；（b）?-Δ?曲線表明
??-MIV隨應(yīng)變增加。
Fig 6.
??-MIV以及具有不同 MWCNT 負載量的復(fù)合薄膜的應(yīng)變之間的關(guān)系。(a) 0.2 wt %情況下的實驗結(jié)果；（b）?-Δ?在0.2 wt%、0.4 wt% 和 0.6 wt% 情況下的曲線。
Fig 7. Test-4中復(fù)合應(yīng)變片的實驗結(jié)果。(a) 歸一化感應(yīng)電壓受應(yīng)變和激勵信號頻率的影響；（b）C Test-4 中的曲線。
Fig 8. Test-1和Test-3中采用的Scheme-1的電路。
Fig 9. MWCNT/環(huán)氧樹脂薄膜的損耗角正切取決于頻率和應(yīng)變。(a) 損耗角正切與頻率之間的計算關(guān)系；(b) 損耗角正切變化與應(yīng)變之間的計算關(guān)系。
Fig 10. 分析和實驗共振頻率之間的比較。(a)
??-MIV 分析和實驗在不同的壓力下；(b)
??-MIV 預(yù)測和實驗曲線。
相關(guān)研究工作由西南科技大學(xué)Weifeng Yuan 課題組于2023年在線發(fā)表在《Composites Part B: Engineering》期刊上，原文：Wireless Strain Sensing Using Carbon Nanotube Composite Film。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
