Application of carbon nanotubes (CNT) to design of the strain sensor

• Autorzy: Grabowski K. , Uhl T. , Zbyrad P.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie nanorurek węglowych do konstrukcji czujnika odkształceń

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work was to develop a sensor which could be easily applied to the tested material and integrated with it. Therefore, this paper is focused on the development of the Carbon Nanotube - a polymer strain sensor - which should fulfill such requirements. The development of such a sensor is discussed and the test of its performance are presented. Multiwalled CNTs were mixed with polymer and applied to the materials with use of screen printing. The sensor was tested for different types of loads. Manufacturing technology and sensor test results are presented in this work.

PL

W pracy opisano prototyp czujnika zrealizowany przy użyciu nanorurek węglowych oraz epoksydu. Czujnik został naniesiony na badany materiał (kompozyt włókna szklanego) przy użyciu sitodruku. Struktura sensora (rozłożenie nanorurek w epoksydzie) została zbadana przy użyciu mikroskopu elektronowego. Wykazano, że przy stosunkowo dużych zawartościach procentowych (powyżej 7.5%) nanorurki węglowe tworzą zbite skupiska, przy czym mniejsze zawartości procentowe pozwalają na stosunkowo równomierne rozłożenie nanorurek węglowych w epoksydzie. Dodatkowo czujniki zostały poddane badaniom statycznym jak i dynamicznym. Przy badaniach statycznych miało to na celu zbadania odpowiedzi sensora (czy jest zachowana jego liniowość). Przy obciążeniach dynamicznych celem było sprawdzenie czy dochodzi do uszkodzenia struktury sensora przy stosunkowo dużej ilości cykli obciążeń. Zmiany rezystancji zostały porównane ze zmianami odkształceń badanego materiału (uzyskanymi z maszyny wytrzymałościowej). Otrzymano liniowe odpowiedzi czujników zarówno przy małej jak i dużej liczbie cykli obciążeń.

Słowa kluczowe

EN

carbon nanotube; CNT; epoxy; strain gauge; nanotechnology; screen printing

PL

nanorurki węglowe; nanotechnologia; tensometry; czujnik odkształceń; sitodruk; epoksyd

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 58, nr 11
• Strony: 984--986
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Grabowski K.

autor

Uhl T.

autor

Zbyrad P.

• AGH University of Science and Technology, Department Robotics and Mechatronics, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Iijima S.: Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, USA 1991.
• [2] Baughman R. H., Zakhidov A. A. and de Heer W. A.: Carbon nanotubes - the route toward applications. Science, USA 2002.
• [3] Mahar B., Laslau C., Yip R. and Sun Y.: Development of carbon nanotube-based sensors - a review. IEEE Sensors Journal, US and Canada 2007.
• [4] Tombler T. W., Shou C, Alexeyev L., Kong J., Dai H., Liu L., Jayanthi C. S., Tang M. and Wu S. Y.: Reversible electromechanical characteristics of carbon nanotubes under local-probe manipulation. Nature, USA 2000.
• [5] Minot E. D., Yaish Y., Sazonova V., Park J. Y., Brink M. and McEuen P. L.: Tuning Carbon Nanotube Band Gaps with Strain. Physical Review Letters, USA 2003.
• [6] Semet V., Binh V. T., Guillot D., Teo K. B. K., Chhowalla M., Amaratunga G. A. J., Milne W. I., Legagneux B. and Prilbat D.: Reversible electromechanical characteristics of individual multiwall carbon nanotubes. Applied Physical Letters, USA 2005.
• [7] Lee H., Lee S., Kim D. H., Perello D., Park Y. J., Hong S. H., Yun M., Kim S.: Integrating Metal-Oxide-Decorated CNT Networks with a CMOS, Readout in a Gas Sensor, Sensors, Seul, Korea 2012.
• [8] Loh K. J., Kim J. and Lynch J. P.: Self-sensing and power harvesting carbon nanotube-composites based on piezoelectric polymers. University of Michigan, USA 2008.
• [9] Chengguo Hu, and Shengshui Hu: Carbon Nanotube-Based Electrochemical Sensors: Principles and Applications in Biomedical Systems. Journal of Sensors, USA and Egypt 2009.
• [10] Zhang W., Suhr J., Koratkar N.: Carbon nanotube/polycarbonate composites as multifunctional strain sensors. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, USA 2006.
• [11] Park M., Kim H. and Youngblood J. P.: Straindependent electrical resistance of multi-walledcarbon nanotube/polymer compTest.
• [12] Kang I., Schulz M. J., Kim J. H., Shanov V. and Shi D.: A carbon nanotube strain sensor for structural health monitoring. Smart Mater. and Struct., 2006, 15 (3), 737.
• [13] Vermuru S. M., Wahi R., Nagarajaiah S., Ajayan P. M.: Strain sensing using a multiwalled carbon nanotube film, Special issue paper 555, 2009.
• [14] Gang Y., Ning H., Yoshifumi K., Yaolu L., Yuan L., Hisao F.: A carbon nanotube/polymer strain sensor with linear and anti-symmetric piezoresistivity, Journal of composite materials, 2011.