Nanocompósito de carbono após o término do processo de moldagem. A amostra será testada para resposta piezoresistiva após pequenos retoques finais. Esses materiais podem ser moldados em quase todos os tamanhos e formas. Crédito:A imagem foi tirada no Laboratório de Micro e Nano Mecânica, CDMM na Skoltech.
Uma equipe de pesquisa do Center for Design, Manufacturing and Materials at Skoltech publicou recentemente um estudo com foco em materiais multifuncionais criados por meio da adição de nanopartículas de carbono a matrizes poliméricas, projetado para permitir o monitoramento de autodiagnóstico por meio de uma técnica de baixo custo.
O estudo, de autoria de Ph.D. o aluno Hassaan Ahmad Butt do grupo de pesquisa do professor Sergey Abaimov, foi publicado recentemente em Estruturas compostas e faz parte de um projeto multifásico projetado para criar materiais autodetectáveis que podem ser incorporados e produzidos usando as rotas de fabricação industrial existentes.
Com as demandas de propriedades de compósitos de polímero aumentando ano a ano em todo o mundo, nanopartículas de carbono têm recebido muita atenção quando se trata de sua adição a esses sistemas de materiais. Estudos têm mostrado que eles podem aumentar as propriedades mecânicas necessárias com quantidades de adição relativamente pequenas, permitindo ao mesmo tempo que o material final seja eletricamente condutor e piezoresistivo por natureza. Contudo, a incorporação de nanopartículas de carbono na produção em grande escala é problemática, exigindo atualizações intensivas das instalações.
"É por isso que decidimos usar masterbatches e disponíveis industrialmente, técnicas de fabricação baratas. Masterbatches podem ser armazenados, transportado e incorporado em rotas de produção em grande escala, sem a necessidade de revisões caras. Quase todas as instalações que lidam com polímeros termofixos têm um misturador simples, "disse Hassaan.
Nanocompósitos de CNT sendo testados para resposta piezoresistiva em um Intron 5969 Universal Testing Systems sob carga de tração. Os valores de resistência mudam conforme o aumento da carga de tração é aplicado, o que permite que o material envie um autorrelato quanto à sua condição. As linhas prateadas são contatos condutores e as manchas brancas são usadas pelo sistema de correlação de imagem digital LIMESS (DIC) para calcular os valores de deformação. Crédito:A imagem foi tirada no Laboratório de Ensaios Mecânicos, CDMM na Skoltech.
O estudo examina como a adição de nanopartículas de carbono pode alterar a condutividade elétrica de matrizes poliméricas e como isso pode mudar durante o carregamento mecânico, ser monitorado, e, portanto, relacionado à deformação que o material está experimentando. Por sua vez, isso elimina a necessidade de técnicas de monitoramento complexas, com um simples multímetro sendo capaz de determinar a resposta.
Essencialmente, o uso de tais materiais tem o potencial de substituir sensores em sistemas críticos de peso, como estruturas de aeronaves, com o próprio material sendo capaz de fornecer medições. Os mesmos materiais e rota de produção podem ser usados para fabricar materiais eletricamente condutores para aplicações como impressão de circuito elétrico, blindagem eletromagnética e sensores especializados de temperatura e umidade. O conceito de material não se limita a esta rota de fabricação específica, com possível aplicabilidade com pultrusão e infusão a vácuo também.
"Os materiais atuais têm aplicações que vão desde a esfera aeroespacial a sensores especializados. Os materiais são únicos no fato de que podem ser dimensionados em estruturas ou reduzidos para anexar como sensores em miniatura separados, "disse Hassaan.
