Несколько лет назад Эрик Тостенсон и Томас Шумахер, оба аффилированные преподаватели Центра композитных материалов Университета Делавэра, начали исследовать использование композитов на основе углеродных нанотрубок в качестве своего рода «умной оболочки» для структур.Теперь они улучшили этот подход, добавив еще один метод, называемый электроимпедансной томографией (EIT), который использует измерения поверхностных электродов для создания изображения проводимости материала или структуры. Хотя EIT используется в качестве неинвазивного метода медицинской визуализации с 1980-х годов, сообщество по мониторингу структурного состояния в значительной степени игнорирует его.Разработка командой UD нового подхода, который применяет EIT к распределенному датчику на основе углеродных нанотрубок, задокументирована в статье, опубликованной в июньском журнале Journal of Nondestructive Evaluation.
«Хотя возможность использования композитов на основе углеродных нанотрубок в качестве датчиков была подтверждена, типичный подход заключается в использовании серии одномерных измерений, собранных из двумерной области зондирования», — говорит Тостенсон, чей опыт заключается в обработке и характеристика композитов для сенсорных приложений. «Проблема в том, что это ограничивает возможные места повреждения точками сетки измерений. EIT, с другой стороны, является настоящим двумерным алгоритмом».Композитный датчик на основе нанотрубок может быть прикреплен практически к любой форме, чтобы обнаруживать повреждения и указывать его расположение в материале или структуре. Другие преимущества заключаются в том, что он механически устойчив и его электрические свойства изотропны или одинаковы во всех направлениях.
Для Шумахера, исследователя структурной инженерии, который предполагает использование этого метода на действующих конструкциях, основные преимущества нового метода измерения состоят в том, что его можно масштабировать и что он относительно недорог, поскольку не требует большого количества углерода. нанотрубки.В недавнем документе задокументирована первоначальная оценка методологии командой, сначала путем введения четко определенного повреждения, а затем путем исследования более реалистичного сценария повреждения, чтобы продемонстрировать способность этого подхода обнаруживать ударные повреждения на композитном ламинате. Затем полученные карты EIT сравнивали с визуальным осмотром и термограммами, полученными с помощью инфракрасной камеры.«Несмотря на то, что мы столкнулись с некоторыми проблемами, связанными с переоценкой размера трещин и неадекватным представлением их формы, в целом наша методология EIT смогла обнаружить начало повреждения задолго до того, как оно стало видимым с помощью инфракрасной термографии», — говорит Шумахер. «Мы находимся в процессе внесения улучшений в алгоритм EIT, чтобы повысить его точность.
После этого мы планируем продемонстрировать его в лаборатории с целью увеличения его масштабов для будущего мониторинга реальных структур».