通过嵌入式3D打印PVDF-MoS2纳米传感器进行结构健康监测的自传感复合材料
Md Nurul Islam1,2, Zane Smith3, Rifat Hasan Rupom4
1School of Aerospace & Mechanical Engineering, The University of Oklahoma, Norman, Oklahoma 73019, United States.
ACS applied materials & interfaces
|June 3, 2025
概括
我们使用嵌入式PVDF-MoS2纳米传感器的3D打印开发了一种自我传感的碳纤维复合材料. 这种方法可以实时监测结构健康状况,并在环氧复合材料中早期检测损伤.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 复合材料 复合材料 复合材料
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 碳纤维 (CF) 增强的环氧复合材料在车辆中至关重要,需要早期检测损坏,以确保安全.
- 现有的复合材料损坏检测方法可能是有限的.
- 发展综合自传感能力对于加强结构性健康监测至关重要.
研究的目的:
- 开发一种具有嵌入式PVDF-MoS2纳米传感器的自传感环氧/CF复合材料.
- 优化嵌入式3D打印方法,以实现可靠的传感器集成.
- 展示实时结构性健康监测能力.
主要方法:
- 通过使用嵌入式3D打印嵌入PVDF-MoS2纳米传感器开发了一种自我传感复合材料.
- 通过分析固化动力学并建立固化温度,转换率和产量模量之间的定量关系来量身定制环氧气体的气质学特性.
- 识别了传感器丝支的关键处理窗口 (环氧产量模量180-294Pa,转换率<10%).
主要成果:
- 通过使用3D打印方法,成功地将复杂的PVDF-MoS2传感器嵌入到环氧矩阵中,使得使用3D打印方法的变形最小.
- 嵌入式传感器在恒定负载下显示稳定的信号.
- 传感器实时检测到裂形成 (17-35%高电压) 和灾难性故障 (1级高电压).
结论:
- 嵌入式3D打印方法是可扩展和适应工业应用的.
- PVDF-MoS2纳米复合材料传感器可以实时监测环氧-CF复合材料的结构健康状况.
- 这项技术通过早期检测缺陷并降低故障风险来提高结构可靠性.
