[發明專利]一種智能復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011485533.5
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112700908B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 曲抒旋;呂衛幫;鞏文斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00;G01N27/04
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種智能復合材料及其制備方法與應用。所述制備方法包括：在多孔導電網絡結構邊緣設置電極，制得導電材料薄膜傳感器；使所述導電材料薄膜傳感器與樹脂基材料復合，或者，先將導電介質或由導電介質構成的多孔導電網絡結構與樹脂基材料進行復合，固化后得到復合材料，之后在其邊緣設置電極，獲得智能復合材料。本發明采用導電材料制成薄膜狀網絡結構，利用該導電網絡結構，可以實現對損傷的探測以及定位；同時其容易與樹脂基材料進行復合，且不會降低復合材料的機械性能；并且，本發明的智能復合材料可自監測，對損傷進行定位，并圖像化顯示，還能夠對指定損傷進行定點自修復，不影響其他區域。

技術領域

本發明涉及一種納米復合材料，尤其涉及一種可損傷監測及自修復納米智能復合材料及其制備方法，以及其應用，屬于納米復合材料技術領域。

背景技術

和金屬材料相比，纖維增強樹脂基復合材料具有高比強度、高比模量、耐疲勞以及可設計性強等優點，已在航空航天、機械、建筑、船舶、體育、醫療等領域廣泛應用。其中，由于其具有輕質、高強的特點，在航空航天飛行器等對結構重量有嚴格要求的領域得到了越來越廣泛的應用和需求。例如，美國波音公司和歐洲空客公司在其最新型飛機中均大量使用了復合材料：波音公司最先進的B787飛機中，復合材料結構重量所占比例高達50％；空客公司的A380中復合材料占結構總重量約25％，A350中復合材料結構重量比例更高達52％。我國自主研發的C919飛機復合材料用量約為12％，正在研發的寬體C929飛機復合材料用量目標為50％以上。在軍用飛機方面，美國早期的F-15E戰機中復合材料的用量僅為2％，而在最新的F-35戰機中，復合材料用量則高達到36％。

然而，復合材料的多相復合結構在賦予了材料優異的結構及功能特性的同時，也導致了復合材料易在服役過程中產生裂紋、纖維脫粘或斷裂、分層等多種形式的內在損傷。在復合材料構件失效前，這種內在損傷通常不會引起復合材料外形變化，而且難以通過常見的目視檢查或敲打檢查發現。因此，對復合材料進行結構健康監測，是監測結構完整性和可靠性的重要手段，為復合材料結構失效進行提前預警，以避免因材料結構失效而引起的事故。

碳納米管具有高強度、高導電性等優異性能，并可以通過不同的制備方法形成纖維、薄膜和三維網絡結構等宏觀組裝體，利用這些碳納米管的宏觀組裝體可以實現對材料的應變感應、損傷監測、制備過程監測等結構健康監測的應用中。但到目前為止，大多數方法需要將碳納米管分散于樹脂基體或將碳納米管包覆于某種基體材料上來制備應變傳感器，這些方法雖然具有一定應變靈敏度，但是其制備方法中都含有多個復雜的步驟。這些復雜步驟不僅降低了實際生產應用中的效率，并且引入了諸多難以控制的因素。此外，大部分傳感器均只限于對應變和損傷的定性感應，無法確定損傷的具體位置。例如發明專利CN105713348A和CN106643464A采用CNT與環氧樹脂復合，并切割成回字形作為應變傳感器，通過被監測構件變形，帶動傳感器變形并引起其電導率變化，從而實現對應變的監測。這種方法僅能對材料變形進行監測，無法判斷變形與損傷區別，且無法對損傷位置進行精準定位。因此開發一種能夠實現損傷定位監測，并且能對損傷進行自修復的材料具有重要的實際應用價值。

綜上所述，目前現有的復合材料主要存在以下幾個不足：1、無法對損傷進行定位，只能定性判斷有損傷發生；2、無法自修復；3、修復難以針對指定區域；4、傳感器需要貼附或埋入材料內部，對材料原始性能有降低。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種可損傷監測及自修復納米智能復合材料及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

本發明的另一目的在于提供所述智能復合材料的用途。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種智能復合材料的制備方法，其包括：

由導電介質構成的微觀多孔導電網絡結構；

至少填充分布于所述多孔導電網絡結構所含孔隙中的樹脂基材料；以及，