Сотрудники Сколтеха в соавторстве с исследователями из Китая и Ирана добились значительного прогресса в разработке прецизионных датчиков, использующих волокна из углеродных нанотрубок. В новой работе, опубликованной в журнале iScience, авторы впервые провели количественную оценку точности сенсоров на различных этапах: от производства эпоксидных полимерных нанокомпозитов с диспергированными углеродными нанотрубками до эксплуатации готового материала. Ученые отмечают, что данная разработка может привести к созданию инновационного углеродного материала для высокоточных измерений в режиме реального времени.
На данный момент доступные датчики, включая оптоволоконные и пьезоэлектрические, не обеспечивают эффективного мониторинга как процесса создания, так и эксплуатации полимерных композитов. Встраивание этих устройств в структуру материала зачастую приводит к снижению его прочности и увеличению восприимчивости к дефектам.
«Полученные нами данные свидетельствуют о том, что углеродные нанотрубки выходят за рамки потенциала и готовы к использованию на практике в качестве высокоточных датчиков. Это позволяет нам не только отслеживать процесс затвердевания полимерной основы, но и впоследствии оценивать характеристики готового композиционного материала», — так прокомментировал первый автор публикации Сергей Шадров, аспирант Сколтеха по программе « Науки о материалах».
«Главной задачей проведенной работы было проведение точной оценки характеристик сенсоров, изготовленных на основе волокон из углеродных нанотрубок, для двухступенчатого контроля эпоксидных нанокомпозитов. По словам Хассаана Ахмада Батта, старшего преподавателя Лаборатории наноматериалов Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха и соавтора исследования, в сравнении с коммерческими сенсорами, имеющими погрешность в пределах 2%, максимальная погрешность измерений разработанных сенсоров составляет всего 0,1% (в наиболее неблагоприятных условиях.
Высокоточные измерения с использованием сенсоров на основе углеродных нанотрубок могут быть выполнены с помощью стандартного двухточечного метода, что позволяет отказаться от более сложной четырёхточечной схемы. Такой подход упрощает процедуру измерений, сокращает расходы и способствует более широкому применению этой технологии в промышленности.
«Высокая точность достигается благодаря особым морфологическим характеристикам волокон, изготовленных из углеродных нанотрубок. Их структура позволяет создавать непосредственные соединения между поверхностью волокна и проводящей сетью, формирующейся внутри полимерной матрицы. Это позволяет минимизировать влияние контактного сопротивления и, как следствие, существенно улучшить точность измерений, — пояснил профессор Альберт Насибулин, директор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха и руководитель Лаборатории наноматериалов.