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作为适应性最强的工程构件力学性能的测试元件,应变计被广泛应用于土木、铁路、机械和航空航天等工程领域的健康监测和风险预警。在军工领域,应变计也起到至关重要的作用。应变计既能对库存武器关键部件的受力情况、应力分布等性能参数进行实时监测,又能为库存武器性能的综合分析、老化模型的建立以及相关部组件的寿命预测,提供有效的实测数据支撑。
电阻应变计已在表面比较平整的构件的常规应变测量中得到成功的应用。但对于具有复杂几何表面的构件(如水轮机的转轮,陀螺马达的轴承,压力容器的内壁等),应变计的柔韧性明显不足;而对于复杂几何表面的应力分布、预紧力、残余应力、接触状态等的测试而言,应变计的测量精度也亟待大幅提高。
鉴于石墨烯单分子层薄膜延展性能好(能承受的应变可达20%)、压阻系数高、重复性好、制备工艺简单等特点,石墨烯材料具备开发灵敏度高、柔性好、加工工艺简单、重复性好的应变计的优势。另一方面,PET 塑料由于具备制备简单、成本低和机械性能优良等特点,成为制作柔性器件衬底材料的一种选择。前期,已有学者成功的在PET 薄膜(膜厚<10 μm)上制备出单原子层石墨烯。
就应变计的制作而言,由于PET 薄膜过于柔软,因此必须首先将其粘附于玻璃或硅衬底上才能进行后续的图形化加工。该方法的不足之处是:
(1)应变计加工过程中PET 薄膜容易发生褶皱形变,石墨烯、金属电极图形易断裂;
(2)加工后的应变计无法直接检测或使用。
因此,本文提出直接采用PET 塑料作为基底(厚度0.5~1 mm)进行石墨烯应变计的加工,并开发与PET 塑料基片温度特性相兼容的微纳加工工艺。
电阻应变计已在表面比较平整的构件的常规应变测量中得到成功的应用。但对于具有复杂几何表面的构件(如水轮机的转轮,陀螺马达的轴承,压力容器的内壁等),应变计的柔韧性明显不足;而对于复杂几何表面的应力分布、预紧力、残余应力、接触状态等的测试而言,应变计的测量精度也亟待大幅提高。
鉴于石墨烯单分子层薄膜延展性能好(能承受的应变可达20%)、压阻系数高、重复性好、制备工艺简单等特点,石墨烯材料具备开发灵敏度高、柔性好、加工工艺简单、重复性好的应变计的优势。另一方面,PET 塑料由于具备制备简单、成本低和机械性能优良等特点,成为制作柔性器件衬底材料的一种选择。前期,已有学者成功的在PET 薄膜(膜厚<10 μm)上制备出单原子层石墨烯。
就应变计的制作而言,由于PET 薄膜过于柔软,因此必须首先将其粘附于玻璃或硅衬底上才能进行后续的图形化加工。该方法的不足之处是:
(1)应变计加工过程中PET 薄膜容易发生褶皱形变,石墨烯、金属电极图形易断裂;
(2)加工后的应变计无法直接检测或使用。
因此,本文提出直接采用PET 塑料作为基底(厚度0.5~1 mm)进行石墨烯应变计的加工,并开发与PET 塑料基片温度特性相兼容的微纳加工工艺。
