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

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

碳纖維復合材料，尤其是以環(huán)氧樹脂為基料的復合材料，當纖維與基體之間的粘結(jié)失效時，容易發(fā)生分層。在沒有任何外部警告標志的情況下，可能會發(fā)生突然斷裂，從而限制了這些復合材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的用途。人們正在探索監(jiān)測碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)完整性的不同方法，例如在材料中嵌入壓阻材料，這種材料會隨著應(yīng)變而改變電阻。壓阻材料可以將機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電信號，傳感器可以檢測到它來監(jiān)測復合材料構(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復合材料中。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。當然，納米顆粒添加量需要控制，過高比例會降低復合材料強度，適當添加則會增強材料的阻尼性能（減震緩沖性能）。

編譯 YUXI