BaTiO3의 유도 변형 조정을 위한 전자기장 제어 자벽 변위

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 7504(2022) 이 기사 인용

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에폭시 폴리머 복합 재료의 파손은 폴리머 매트릭스의 미세 균열의 유착으로 인해 시작되기 쉽습니다. 따라서 강성 또는/및 고무 나노/미세 입자와 같은 두 번째 상을 추가하여 매트릭스를 강화하는 것은 고분자 복합재의 여러 규모에 걸쳐 파괴 인성을 향상시키는 가장 널리 사용되는 접근 방식 중 하나입니다. 이는 변형 메커니즘을 통해 파괴 에너지를 분산시키고 미세 균열 체포. 맞춤형 및 가변 강화, 즉 '활성 강화'에 초점을 맞춘 연구는 거의 없으며 주로 폴리머의 낮은 열 전도성으로 인해 느리고 되돌릴 수 없는 강화를 제공하는 열 유도 변형을 제안합니다. 현재 기사에 제시된 연구는 원격 전자기 복사를 통해 순간적이고 가역적인 외부 변형장을 개발했습니다. 마이크로파 에너지를 사용하여 복합재에서 발생하는 외부 변형의 정량화는 현장 실시간 광섬유 감지를 사용하여 수행되었습니다. 실험 데이터를 검증하고 기본 물리학을 설명하는 솔루션을 통해 노출 에너지와 미세 변형률을 연관시키는 이론적 구성 방정식이 개발되었습니다. 이 연구에서는 기능화된 유전체 강유전성 나노물질인 티탄산 바륨(BaTiO3)을 에폭시 매트릭스에 분산된 두 번째 상으로 활용하여 외부 전기장(여기에서는 마이크로파)을 받는 주변 경질 에폭시에 미세한 전기 변형을 도입할 수 있습니다. 도메인 벽 쌍극자 변위의 결과입니다. 경화제 Aradur 3487과 결합된 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르인 에폭시 Araldite LY1564가 BaTiO3 나노입자에 내장되었습니다. 나노입자의 표면 기능화를 위한 실란 커플링제는 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란(3-GPS)이었습니다. 기능화 보조제로 사용되는 과산화수소(H2O2, 30%)와 아세트산(C2H4O2, 99.9%), BaTiO3 분산에는 에탄올(C2H6O, 99.9%)이 사용됩니다. 첫째, 기능화된 나노입자의 결정 미세 구조와 달성된 에폭시 복합 재료의 열적 및 유전 특성이 특성화되었습니다. 유전체 나노입자의 첨가는 에폭시의 경화 정도에 약간의 영향을 미치는 것으로 관찰되었습니다. 둘째, 표면 결합 섬유 브래그 격자(FBG) 센서를 사용하여 2.45GHz 및 다양한 노출 에너지에서 마이크로파에 노출된 에폭시 복합재의 변형률 및 온도의 실시간 변화를 조사했습니다. 복합재, 접착제 및 고정 장치 재료의 현장 노출로 인해 발생하는 변형률을 FBG를 사용하여 평가했습니다. 도메인 벽에 의해 유도된 외부 변형은 열적으로 유도된 변형과 구별되었으며, 노출 에너지의 증가는 이러한 변형의 발생에 순간적으로 증가하는 효과가 있음을 발견했습니다. 노출 후 라만 스펙트럼은 1000W 미만의 마이크로파 전력에서 검사한 잔여 변형 필드가 없음을 나타내는 복합재에 잔류 필드를 나타내지 않았으며, 따라서 가역적 변형 도입 메커니즘, 즉 노출 후 공칭 특성을 유지하는 복합재를 제안합니다. 이 기사에 제시된 유전체 복합재 개발 및 정량화는 다양한 분야에서 고성능 복합재 응용 분야를 위한 새로운 능동 강화 기술을 제안합니다.

고성능 엔지니어링 응용 분야 중에서 섬유 강화 폴리머(FRP) 복합 재료는 높은 비강도 및 모듈러스, 손쉬운 제조, 상당한 열 저항 및 경제적 효율성이라는 장점을 가지고 광범위하게 사용되었습니다1. 고성능 FRP 복합재는 동적 이벤트에 노출될 때 두 가지 주요 손상 시작 모드를 갖습니다. 층간 손상(예: 매트릭스 균열, 섬유 파손 및 섬유 매트릭스 분리) 및 층간 손상(예: 박리)2,3,4. 층내 손상은 주로 매트릭스, 섬유 및 섬유-매트릭스 간기 특성에 의해 지배됩니다. 그러나 복합재 제조 과정에서 섬유의 특성을 맞춤화하는 것은 어렵습니다.