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英國開發石墨烯探測器用于複合材料無損檢測

日前,一項由英國劍橋納米材料技術公司、英國倫敦布魯内爾大學等單位聯合開展的“Graphosite”項目得到了“創新英國(Innovate UK)”基金的資助。“創新英國”是英國研究與創新體系的一部分,該組織與高等學府、研究機構、工業企業、慈善機構和政府合作,為研究和創新創造最佳的外部環境。

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Graphosite項目的目标是制造一種石墨烯傳感器,能夠在複合材料的生産過程及複合材料部件的服役過程中對材料中的缺陷進行檢測。該項目于2018年下半年啟動,将于2021年1月結題。

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複合材料制造過程中最常見的缺陷是孔洞,即基體材料中存在的小空隙。由于能夠影響層間剪切強度等力學性能,孔隙率對複合材料性能的影響至關重要。服役中的損傷主要由沖擊造成,能夠導緻肉眼不可見的内部分層,或者在材料表面形成穿孔。三明治夾心結構可能同時出現面闆分層和基體開裂現象。芯材則可能在吸收沖擊能量後破碎,進而出現變形和褶皺。盡管通常情況下,芯材結構能夠回複原有形狀,但這必将顯著降低材料的壓縮強度。

Graphosite項目是應行業對複合材料缺陷檢測技術的迫切需求而設立的,随着複合材料在航空、汽車、海洋及土木工程領域的不斷應用而日益發展。目前,複合材料領域常規的無損檢測技術包括:通過二維C掃描顯示分層或缺陷的超聲探測技術、 應變片,以及用于指示由于剛度變化造成元件損傷的局部敲擊測試法(也稱硬币敲擊測試法)等。該項目所開發的石墨烯傳感器将解決現有技術面臨的兩大挑戰,即單方向上的缺陷測量和僅出現于某個特定表面的裂紋的探測。石墨烯的應用顯著提高了探測器的靈敏度和靈活性。

近年來,石墨烯以其諸多性能優勢吸引了業内衆多人士的目光。Graphosite項目以石墨烯為敏感元素,使研究者有機會突破複合材料行業現有檢測技術的極限。該項目的最終目标是生産出靈敏系數遠超現有應變片的傳感器。

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