碳納米管用于聚合物基復(fù)合材料健康監(jiān)測的研究進展

盧少微， 馮春林， 聶 鵬， 王曉強， 熊需海， 馬克明

(1.沈陽航空航天大學遼寧省通用航空重點實驗室，沈陽110136;2.沈陽航空航天大學航空航天工程學部，沈陽110136;3.沈陽航空航天大學機電工程學院，沈陽110136)

聚合物基復(fù)合材料具有強度高、耐腐蝕及結(jié)構(gòu)可設(shè)計性等一系列優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車等領(lǐng)域。然而其結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生裂紋、纖維脫粘或斷裂、分層等多種形式內(nèi)部損傷，這些損傷隱蔽性強，損傷類型和程度難以判斷，因此復(fù)合材料的實時檢測已變得越來越意義重大。近年來，國內(nèi)外研究人員開發(fā)了多種用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷周期性連續(xù)檢測的原位結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)［1～6］，包括金屬導(dǎo)線應(yīng)變傳感器、光纖傳感器、壓電傳感器、聲發(fā)射法、聲-超聲法等，但都沒有得到大規(guī)模的工程應(yīng)用，主要因為在監(jiān)測過程中需要大量布線、引入缺陷、監(jiān)測量程小，數(shù)據(jù)分析復(fù)雜，影響使用。考慮上述原因，開發(fā)一種既不影響原有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)完整性，又具備結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測能力的傳感器成為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的關(guān)鍵問題，而碳納米管(CNTs)的出現(xiàn)，解決了上述問題。

1991年CNTs被Iijima［7］發(fā)現(xiàn)后，引起大批科研工作者的研究興趣，CNTs主要通過化學氣相沉積法［8～10］、電弧放電法［11，12］和激光蒸發(fā)法［13，14］獲得。大量的研究工作表明CNTs是目前世界上剛度和強度較大的材料之一［15］，其優(yōu)異的力學性能，比如高剛度與強度、特殊的回彈性、低密度、高長徑比的纖維結(jié)構(gòu)，加之高電導(dǎo)與熱導(dǎo)性，使CNTs作為納米尺度的增強體以提高聚合物基復(fù)合材料的電性能成為可能［16～18］。……