温度对环氧基碳纳米管量子压阻应变传感器电气与压阻性能的影响研究

《Journal of Composites Science》：Effect of Temperature on Piezoresistive Behaviour of Carbon Nanotube Filled Epoxy Nanocomposite Strain Sensors sQRS

　　

摘要

复合材料在结构应用中的采用正在经历显著增长，诸如复合材料风力涡轮机叶片等结构现已达到100米长度，并在日益严苛的环境条件下运行，包括宽温度范围。因此，基于量子压阻应变传感器（sQRS）的可靠结构健康监测（SHM）要求透彻了解温度如何影响传感器响应。在本研究中，我们调查了从25 °C到150 °C的温度对旨在集成到复合材料结构中的环氧基碳纳米管（CNT）传感器电气和压阻性能的影响。我们表明，在环氧基体的玻璃化转变温度（T_g ≈ 95–100 °C，由动态力学分析确定）以下，传感器的电阻随温度可逆地、几乎瞬间下降，由增强的隧穿导电与基体热膨胀竞争所控制。在机械载荷下，这种热敏感性转化为显著的但仍可用的应变系数降低（在?30 °C到80 °C之间降低56%），这归因于应力传递减少和基体泊松比增加。在T_g以上，传感器响应变得不可逆：基体软化促进动态渗流和碳纳米管网络的永久重组，导致压阻敏感性的实质性、不可恢复损失。这些发现确定了T_g作为使用sQRS进行可靠应变传感的实际工作极限，并证明在此极限以下，温度引起的电阻漂移是线性的且易于补偿，使得传感器本身的热响应成为原位检测基体物理状态的潜在工具。