Graphosite项目的目标是,创造一种石墨烯传感器,以便能够在部件的制造过程和正常使用寿命期内检测出复合材料中的缺陷。

由Advise-Deta、Haydale、Cambridge纳米材料技术、DZP Technologies、布鲁内尔大学(通过布鲁内尔复合材料创新中心)和TWI组成的联盟,获得了Innovate UK资金,用于其Graphosite项目。Innovate UK是英国研究与创新的一部分,是与大学、研究机构、企业、慈善团体和政府合作以为实现研究和创新的蓬勃发展而创造最佳环境的新机构。

Graphosite项目提供用于复合材料缺陷检测和维护的石墨烯传感器-复合材料网
Graphosite项目将提供用于复合材料缺陷检测和维护的石墨烯传感器

Graphosite项目的目标是,创造一种石墨烯传感器,以便能够在部件的制造过程和正常使用寿命期内检测出复合材料中的缺陷。该项目于2018年下半年启动,将于2021年一月完工。

在复合材料生产过程中最常见的缺陷是气孔。存在于基体材料中的小孔隙,会影响机械性能,从而导致诸如层间剪应力等问题,因此,孔隙度水平非常重要。在使用期间主要由碰撞引起的损伤,会导致几乎看不见的内部分层,或经常发生的材料表面穿孔。当受到冲击以及基体开裂时,夹层结构也可能会出现表皮脱层。在冲击能量被芯材吸收之处,会出现芯材破碎,从而引起扭曲和折叠。通常,它会恢复到原来的形状,但却大大降低了抗压强度。

Graphosite项目提供用于复合材料缺陷检测和维护的石墨烯传感器-复合材料网
石墨烯片呈分子水平的典型结构

Graphosite项目提供用于复合材料缺陷检测和维护的石墨烯传感器-复合材料网
石墨烯片在另一种结构上呈分子水平的典型结构

由于复合材料在航空、汽车和造船工业以及民用建筑等领域的应用日益增多,因此,Graphosite项目旨在对“提高复合材料缺陷检测技术”的需求进行响应。最常用的复合材料无损检测技术是:超声波检测,以创建显示分层或缺陷的二维C扫描图;应变仪;表明部件因刚度变化而导致损伤的投币测试。该项目合作伙伴们正在开发的这种石墨烯传感器,将解决与上述这些现有技术相关的两大主要挑战性问题,即在一个方向上检测缺陷,以及只有当放置在感兴趣的特定表面上时检测故障。该传感器的主要特点是,由于石墨烯的存在而提高了灵敏度和灵活性。

该项目负责人、TWI公司的Sofia Sampethai表示:“凭借其有趣的特性,在过去的几年中,石墨烯受到了广泛关注。Graphosite项目为开发‘以复合材料制造中的检测极限为目标’的传感器提供了绝佳机会,这将通过使用石墨烯以用作传感元件而得到实现。该项目的最终目标是,为市场生产一种测量系数比现有的应变计更好的传感器。”