聚合物基体中的碳纳米管形成一个由电阻器、电感器和电容器组成的复杂网络。目前的研究重点是使用多壁碳纳米管/环氧树脂薄膜进行无线应变传感。按照特定的工艺，制造了具有不同多壁碳纳米管浓度的纳米复合材料应变片。对这些原型的测试表明，多壁碳纳米管/环氧树脂薄膜可以通过产生感应电压来响应无线电磁激发。实验测量还证明，机械应变会影响多壁碳纳米管/环氧树脂应变片的共振频率。因此，纳米复合薄膜可用于通过计算共振频率的偏移来无线检测机械应变。为了揭示无线传感的工作机制，本研究假设纳米复合应变片可以通过等效 RLC 电路建模。随后的理论分析，以及分析预测与实验结果的比较都表明该假设是合理的，因为RLC模型可以成功地解释共振频率的应变引起的偏移现象。目前的工作为制造标签型无线应变传感器提供了一种有前途的方法。因为 RLC 模型可以成功地解释谐振频率的应变引起的偏移现象。目前的工作为制造标签型无线应变传感器提供了一种有前途的方法。因为 RLC 模型可以成功地解释谐振频率的应变引起的偏移现象。目前的工作为制造标签型无线应变传感器提供了一种有前途的方法。

 
Fig 1. 制备 MWCNT/环氧树脂纳米复合材料应变传感器的过程。

 
Fig 2. MWCNT/环氧树脂应变计被视为 RLC 电路。(a) 环氧树脂中 MWCNT 网络的 SEM 图像；(b) MWCNT 网络包含电阻器、电容器和电感器；(c) MWCNT/环氧树脂应变计被视为 RLC 电路。

 
Fig 3. 用于验证 MWCNT/环氧树脂应变片无线功能的示意图设置。

 
Fig 4. 验证MWCNT/环氧树脂应变片无线功能的测试结果。(a) Scheme-1中应变计作为接收器时的RMS电压；(b) 在方案 2 中，当应变计作为激励器时，Coil-1 的 RMS 电压。

 
Fig 5. ʆ_ɛ-MIV和具有 0.6 wt% MWCNT 的复合膜的应变之间的关系。(a) 不同应变下的 NIV-频率曲线；（b）ɛ-Δʆ曲线表明ʆ_ɛ-MIV随应变增加。

 
Fig 6. ʆ_ɛ-MIV以及具有不同 MWCNT 负载量的复合薄膜的应变之间的关系。(a) 0.2 wt %情况下的实验结果；（b）ɛ-Δʆ在0.2 wt%、0.4 wt% 和 0.6 wt% 情况下的曲线。

 
Fig 7. Test-4中复合应变片的实验结果。(a) 归一化感应电压受应变和激励信号频率的影响；（b）C Test-4 中的曲线。

 
Fig 8. Test-1和Test-3中采用的Scheme-1的电路。

 
Fig 9. MWCNT/环氧树脂薄膜的损耗角正切取决于频率和应变。(a) 损耗角正切与频率之间的计算关系；(b) 损耗角正切变化与应变之间的计算关系。

 
Fig 10. 分析和实验共振频率之间的比较。(a) ʆ_ɛ-MIV 分析和实验在不同的压力下；(b) ʆ_ɛ-MIV 预测和实验曲线。
 
       相关研究工作由西南科技大学Weifeng Yuan 课题组于2023年在线发表在《Composites Part B: Engineering》期刊上，原文：Wireless Strain Sensing Using Carbon Nanotube Composite Film。

转自《石墨烯研究》公众号