碳纖維具有高強(qiáng)質(zhì)輕的特性，與聚合物組成復(fù)合材料非常適用于航空航天、汽車工業(yè)、風(fēng)力渦輪葉片和體育用品等。但是這類復(fù)合材料會(huì)在毫無征兆的情況下發(fā)生災(zāi)難性失效，類似陶瓷的崩潰性開裂。

最近，橡樹嶺和弗吉尼亞理工學(xué)院及州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種技術(shù)并發(fā)表在復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù)期刊，通過簡(jiǎn)單地添加納米二氧化鈦，從而可以提供失效預(yù)警。https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2020.108491

碳纖維復(fù)合材料，尤其是以環(huán)氧樹脂為基料的復(fù)合材料，當(dāng)纖維與基體之間的粘結(jié)失效時(shí)，容易發(fā)生分層。在沒有任何外部警告標(biāo)志的情況下，可能會(huì)發(fā)生突然斷裂，從而限制了這些復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的用途。人們正在探索監(jiān)測(cè)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)完整性的不同方法，例如在材料中嵌入壓阻材料，這種材料會(huì)隨著應(yīng)變而改變電阻。壓阻材料可以將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳感器可以檢測(cè)到它來監(jiān)測(cè)復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)健康狀況。

研究人員通過在碳纖維的聚合物涂層或施膠中嵌入TiO₂納米粒子，使壓阻材料均勻分布在整個(gè)復(fù)合材料中。施膠通常用于碳化后的碳纖維，以使易于加工利用并于基體結(jié)合，最終在這一過程中建立應(yīng)變傳感能力。壓力消除，電阻為零，壓力產(chǎn)生則電阻隨之增加。當(dāng)然，納米顆粒添加量需要控制，過高比例會(huì)降低復(fù)合材料強(qiáng)度，適當(dāng)添加則會(huì)增強(qiáng)材料的阻尼性能（減震緩沖性能）。

編譯 YUXI