【摘要】：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)、能自動(dòng)、連續(xù)、實(shí)時(shí)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(Structural Health Monitoring,SHM)系統(tǒng)成為當(dāng)今土木工程領(lǐng)域的新興研究方向和熱點(diǎn)方向,而建立這種系統(tǒng)的基礎(chǔ)是大量傳感器組成的傳感網(wǎng)絡(luò)。對(duì)粘貼表面沒有嚴(yán)格要求并能適應(yīng)外界復(fù)雜環(huán)境的傳感器成為發(fā)展的趨勢(shì)。其中具有優(yōu)異性能CNT傳感器受到人們的廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)外對(duì)CNT傳感器的研究要么是作為導(dǎo)電增強(qiáng)相摻入宏觀水泥、砂漿、陶瓷基體中,并發(fā)展成一種嵌入式傳感器;要么是沉積或組裝在硅片、玻璃等剛性基底上,發(fā)展成一種外粘式薄膜傳感器。本文首先對(duì)CNT進(jìn)行帶負(fù)電功能修飾,然后利用層層自組裝方法制作一種以韌性PET為基底的CNT薄膜,接著對(duì)薄膜的壓阻傳感性能進(jìn)行了探討,最后對(duì)CNT薄膜的位移響應(yīng)性能和傳感穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。為了制備分散良好、帶有羧基的多壁CNT溶液,對(duì)CNT進(jìn)行混酸處理,對(duì)處理后CNT進(jìn)行SEM表面形貌表征,并利用紅外和熱重分析儀對(duì)羧基CNT分別進(jìn)行定性和定量分析。利用層層自組裝方法,把帶有羧基的CNT和帶有正電的聚陽(yáng)離子聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)組裝,在臭氧處理過(guò)的PET基底上制備了CNT薄膜。并對(duì)其進(jìn)行SEM形貌表征,測(cè)試了薄膜的透光率、電阻性能。實(shí)驗(yàn)表明,薄膜的透光性能好,四種不同的CNT薄膜對(duì)于500~900nm波段不同波長(zhǎng)的透光率皆大于70%。有良好的電導(dǎo)性,12層CNT薄膜的表面電阻率達(dá)7.98kΩ.cm,CNT薄膜的電阻隨著層數(shù)的增加呈指數(shù)態(tài)下降。該傳感器通過(guò)輸出薄膜電阻變化研究了薄膜對(duì)拉伸和壓縮位移的不同響應(yīng)情況。結(jié)果顯示,9層薄膜對(duì)位移呈現(xiàn)出較好的線性度(3.22%)、靈敏度(0.12684/mm)、重復(fù)性(3.06%)和較低的滯后性(2.16%)。研究了幾種加載速率對(duì)薄膜壓阻性能的影響,實(shí)驗(yàn)表明加載速率對(duì)薄膜的響應(yīng)沒有太大影響。研究了濕度和工程結(jié)構(gòu)常所處溫度對(duì)薄膜的影響,實(shí)驗(yàn)表明添加保護(hù)封裝層對(duì)提高薄膜穩(wěn)定性的重要性,要慎重的選擇材質(zhì)較好的保護(hù)層材料。綜上,該薄膜具有良好的柔韌性,不難預(yù)計(jì)可用作交通橋梁等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)用柔性傳感器。
【圖文】：

內(nèi)外傳感器研究者的偏愛，使得 CNT 近幾年的研究、開發(fā)、應(yīng)用取得飛躍式的發(fā)展。CNT 是富勒碳家族的一個(gè)重要成員，是晶型碳的另一種同素異性體，從石墨，金剛石到富勒碳，再到 CNT，晶型碳的結(jié)構(gòu)日趨完美(從零維到三維)。CNT 根據(jù)層數(shù)的不同，可以分為兩類：?jiǎn)伪?CNT（SWNT）和多壁 CNT（MWNT）。兩種CNT 結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示[9]。從圖中可以看出兩種類型的結(jié)構(gòu)相同點(diǎn)是：石墨片圍繞中心軸蜷曲而成，每一個(gè)片層中都是 1 個(gè) C 原子與周圍 3 個(gè) C 原子通過(guò) C-C 鍵連接形成六邊形平面而組成圓柱面結(jié)構(gòu)。不同是：石墨片的層數(shù)不一樣，且 SWNT圓柱側(cè)面是六邊形組成的碳環(huán)，兩端是五邊形碳環(huán)封頂，形成一個(gè)封閉的空間，結(jié)構(gòu)具有較好的對(duì)稱性和單一性。MWNT 是多層石墨片按一定的間距一層接一層圍繞同一個(gè)中心軸圈繞而成。不同的結(jié)構(gòu)意味著具有不同的性質(zhì)，比如 SWNT 管徑一般為 10~20nm，，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)十微米，甚至長(zhǎng)達(dá) 20cm[10]。MWNT 典型的直徑和長(zhǎng)度分別為 2~30nm 和 0.1~50um[11]。

操作起來(lái)簡(jiǎn)單，不需要耗費(fèi)過(guò)多的人力、財(cái)力，成本投入低，工廠的大規(guī)模生產(chǎn)。層自組裝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)基體幾何形狀要求低�？梢栽谛螤顝�(fù)雜的沉積薄膜，可以降低基體表面形狀對(duì)組裝膜的特殊性能以及膜內(nèi)部組織響；（2）投入成本低，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，沒有特殊要求，操作簡(jiǎn)單。（3）制備薄膜的速度快，環(huán)境污染少。把酸基體交替沉積到帶有相反電荷的溶液中，根據(jù)需要設(shè)定沉積的時(shí)間，制。薄膜是在正負(fù)電荷的吸附下制備的，不需要復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，不需要試劑，而且是在水溶液中進(jìn)行，對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)較少；（4）制備工藝控性強(qiáng)�？梢愿鶕�(jù)需要更換實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)控制溶液 PH、溶液濃度、沉電離程度、沉積層數(shù)等，使薄膜的厚度、特殊性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等按照不進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著對(duì)納米材料的深入研究，分散 CNT 的技術(shù)不斷提高，在T 薄膜的眾多方法中，層層自組裝技術(shù)逐漸成為一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法[43
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊建春,陳偉民;橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J];傳感器技術(shù);2004年03期

本文編號(hào)：2535010