[發明專利]一種基于量子點的纖維增強復合材料界面損傷檢測方法

在審

• 申請號: 202011640029.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112816445A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 陳小明;王碩;邵金友;張潔;陳小亮;王春慧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 楊曄

一種基于量子點的纖維增強復合材料界面損傷檢測方法，先在增強纖維表面均勻分布并固定量子點，形成量子點界面層；將具有量子點界面層的增強纖維與基質結合制備具有量子點界面層的纖維增強復合材料；通過具有光致發光光譜檢測功能的儀器，掃描獲得具有量子點界面層的纖維增強復合材料不同位置的光致發光光譜，確定出基準光譜區域；當具有量子點界面層的纖維增強復合材料發生界面損傷，再次通過具有光致發光光譜檢測功能的儀器掃描，檢測得到損傷位置的光致發光光譜，從而確定了發生界面損傷的位置；并且損傷位置的光致發光光譜、基準光譜區域的偏移程度與界面損傷程度成正比；本發明可實現對纖維增強復合材料界面處細微損傷的檢測，且不影響纖維增強復合材料本身機械性能，具有操作簡單，檢測準確度高、成本低適用性廣的優點。

技術領域

本發明屬于纖維增強復合材料的界面損傷檢測技術領域，特別涉及一種基于量子點的纖維增強復合材料界面損傷檢測方法。

背景技術

與金屬材料相比，纖維增強復合材料具有剛度和強度高、比重小、疲勞和斷裂韌性好等綜合優點，因此在航空航天工業、汽車應用和體育用品等領域得到了廣泛的應用。也正因為其復合結構的特點，在應用過程中內部發生一些微小損傷時往往不易被發現和阻止，從而不斷累積、擴大，導致設備發生故障和不可挽回的破壞。而經過統計證明，纖維增強復合材料的損傷幾乎都是從界面處纖維和基體的脫粘及細微損傷開始的。因此，需要一種能夠及時檢測出纖維增強復合材料界面處的損傷位置和損傷程度的方法，以及時阻止復合材料損傷的進一步擴展。

目前，傳統及較為成熟的纖維增強復合材料界面的損傷檢測方法主要包括：超聲掃描、X射線、CT掃描、在復合材料中嵌入電信號傳感器或光纖傳感器、在纖維表面沉積碳納米管等形成導電網絡等。其中，超聲掃描、X射線、CT掃描等方法存在不能定位到纖維增強復合材料界面處的初始損傷位置的缺點，當發現復合材料的損傷時可能已經嚴重不可挽救；而在復合材料中嵌入電信號傳感器或光纖傳感器、在纖維表面沉積碳納米管等形成導電網絡等方法會影響纖維增強復合材料本身機械性能，基于這些方法的復合材料不能發揮其本身比剛度和比強度高、比重小優勢。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于量子點的纖維增強復合材料界面損傷檢測方法，通過將量子點引入纖維增強復合材料界面，利用量子點的光致發光波長與量子點所受應力的關系，表征了纖維增強復合材料界面損傷位置和損傷程度，且不影響復合材料的機械性能，具有操作簡單，檢測準確度高、成本低適用性廣的優點。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于量子點的纖維增強復合材料界面損傷檢測方法，具體操作步驟如下：

第一步：在增強纖維4表面均勻分布并固定量子點3，形成量子點界面層2；

第二步：將第一步中形成量子點界面層2的增強纖維4與基質1合成具有量子點界面層2的纖維增強復合材料；

第三步：將第二步合成的具有量子點界面層2的纖維增強復合材料置于具有光致發光光譜檢測功能的儀器下掃描，得到纖維增強復合材料不同位置的光致發光光譜，通過不同位置光致發光光譜的波長范圍，確定基準光譜區域5；

第四步：將待檢測的具有量子點界面層2的纖維增強復合材料置于具有光致發光光譜檢測功能的儀器下掃描檢測，得到光致發光光譜，將其與第三步確定出的基準光譜區域5比對，判斷是否有界面損傷、發生界面損傷的位置及界面損傷程度。

所述的第一步中量子點3為包括但不限于CdSe量子點、CdTe量子點、鈣鈦礦量子點，優選使用CdTe量子點。

所述的第一步中量子點3的直徑為3.5-7nm。

所述的第一步中增強纖維4包括但不限于碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維，優選使用碳纖維。