Исследователи из Сколковского института науки и технологий изучили свойства композитов, состоящих из полимерных матриц и углеродных наночастиц. Такие материалы способны выполнять самодиагностику и в перспективе могут прийти на смену датчикам. Результаты работы опубликованы в журнале Composite Structures.

Группа исследователей из Центра Сколтеха по проектированию, производственным технологиям и материалам изучила многофункциональные материалы, получаемые путем добавления углеродных наночастиц к полимерным матрицам. Предложенный учеными новый и недорогой метод предназначен для самодиагностики материалов. Исследование представляет собой часть проекта, нацеленного на получение материалов с самодиагностикой, которые можно будет внедрить в промышленные технологии.

Известно, что добавление углеродных наночастиц в системы композиционных материалов может способствовать улучшению механических свойств при одновременном достижении электропроводности и пьезорезистивности. Однако организация полномасштабного производства материалов с использованием углеродных наночастиц — непростая задача, требующая модернизации технологических процессов и оборудования.

«Именно по этой причине мы решили использовать концентраты, а также доступные и недорогие производственные технологии. Хранение, транспортировка и внедрение концентратов в технологические процессы серийного производства не требуют проведения дорогостоящей модернизации существующих мощностей, а обычный смеситель имеется практически на любом предприятии, где производят термореактивные полимеры», — отмечает первый автор исследования Хассаан Ахмад Батт.

Композиты из углеродных нанотрубок тестируются на пьезорезистивный эффект в системе Intron 5969 при растягивающей нагрузке. Значения сопротивления изменяются при увеличении растягивающей нагрузки, что позволяет материалу отправлять отчет о своем состоянии. Серебряные линии представляют собой проводящие контакты, а белые крапинки используются для расчета значений деформации / Skoltech/CDMM

Ученые проследили, как меняется электропроводность полимерных матриц при добавлении углеродных наночастиц, а также проанализировали влияние механических нагрузок на электропроводность, возможность контроля и ее связь с деформацией материала. Эта задача решается при помощи универсальных измерительных приборов и не требует использования сложных методов контроля.

Такие материалы, способные сами выполнять измерения, могут в перспективе прийти на смену датчикам в авиационных конструкциях и других системах, для которых критическим параметром является вес. Кроме того, используя одни и те же материалы и технологические процессы, можно производить электропроводящие материалы для самых разных приложений — от электросхем и электромагнитных экранов до специальных датчиков температуры и влажности. Концепция производства материала не ограничена одной технологией и допускает использование разных, например таких, как пултрузия и вакуумная инфузия.