1. Home page
  2. Search

Study of mechanical and electrical properties of nanocomposite materials for use as deformation and wear sensors

This item is provided by the institution :
National Documentation Centre (EKT)   

Repository :
National Archive of PhD Theses  | ΕΚΤ NA.Ph.D.   

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*



Μελέτη μηχανικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων νανοσύνθετων υλικών για χρήση ως αισθητήρες παραμόρφωσης και φθοράς
Study of mechanical and electrical properties of nanocomposite materials for use as deformation and wear sensors
Georgousis, Georgios
Γεωργούσης, Γεώργιος
PhD Thesis
2018
Σκοπός αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη νανοσύνθετων πολυμερών όσον αφορά την ικανότητά τους να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες παραμόρφωσης ή φθοράς. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν νανοσύνθετα υλικά από πολυμερική μήτρα μη αγώγιμη στο ηλεκτρικό ρεύμα, όπως μεταλλοκένιο γραμμικό πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (mLLDPE), φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF) ή ελαστομερές στυρένιο-βουταδιένιο (SBR), με αγώγιμα νανοεγκλείσματα, όπως νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) ή αιθάλη (CB). Έτσι, υπό προϋποθέσεις, το προκύπτον υλικό είναι ηλεκτρικά αγώγιμο. Ο παραπάνω μηχανισμός αγωγιμότητας περιγράφεται κυρίως από τη θεωρία διαφυγής. Οι μετρήσεις που έγιναν αφορούν την παρακολούθηση των αλλαγών στην ηλεκτρική αντίσταση των δοκιμίων όταν αυτά επιμηκύνονται υπό μονοαξονικό εφελκυσμό. Έτσι κατά την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων ερευνάται κατά πόσο οι αλλαγές στην ηλεκτρική αντίσταση συμβαδίζουν με την εντατική κατάσταση του δοκιμίου έτσι ώστε αυτό να μπορέσει να ενεργήσει σαν αισθητήρας παραμόρφωσης ή φθοράς. Άλλες μετρήσεις που έγιναν ήταν μετρήσεις διηλεκτρικής φασματοσκοπίας (DRS), δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA), αλλά και λήψη εικόνων των δοκιμίων με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM). Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας έγινε μοντελοποίηση των αποτελεσμάτων αυτών για πιο πληρέστερη μελέτη των ιδιοτήτων των υλικών αυτών. Επιπλέον, αυτά τα μοντέλα εξετάζουν την επίδραση της ποσότητας του εγκλείσματος στις ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες των υλικών. Τέλος προτείνεται και ένα καινούριο μαθηματικό μοντέλο. Ως γενικό συμπέρασμα προκύπτει ότι τα υλικά που μελετήθηκαν έχουν κατάλληλη συμπεριφορά που τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν σαν αισθητήρες φθοράς ή παραμόρφωσης για την παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας μιας κατασκευής ή ενός εξαρτήματος σε ευρύ φάσμα παραμορφώσεων.
The scope of this thesis is to study the ability of nanocomposite polymers to be used as strain gauges or wear sensors. For this purpose nanocomposites consisted of electrically insulating polymer matrix, such as Metallocene Linear Low Density Polyethylene (mLLDPE), PolyVinylidene Fluoride (PVDF) or Styrene-Butadiene Rubber (SBR), filled with conductive nanofillers such as carbon nanotubes (CNTs) or carbon black (CB) were used. Thus, under certain circumstances, the resulting nanocomposite acquires electrical conductivity. This conductivity mechanism is described by the percolation theory. The measurements that were carried out monitored the resistance changes of the samples while they were under uniaxial tensile load. Thus it is studied how the changes in the electrical resistance are related to the strain of the material so that it could be used as strain gauge or wear sensor. Other measurements that took place were Dielectric Relaxation Spectroscopy (DRS), Dynamic Mechanical Analysis (DMA). Moreover, images from Scanning Electron Microscope (SEM) were taken. For that work the results were modelled for more complete study of the properties of these materials. Moreover, these models examine the impact of the filler ratio to the electrical and mechanical properties of the materials. Finally, a new mathematical model is proposed. As a general conclusion the studied materials demonstrated appropriate behavior that allows them to be used as strain gauges or wear sensors in order to monitor the structural health of a construction or a component in a wide strain regime.
Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία
Νανοτεχνολογία
Νανοσύνθετα
Styrene butadiene rubber (SBR)
Metallocene linear low density polyethylene (mLLDPE))
Αίσθηση φθοράς
Νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs)
Θεωρία διαφυγής
Structural health monitoring
Νανοτεχνολογία
Ηλεκτρική αντίσταση
Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία
Αιθάλη (CB)
Αισθητήρες ανηγμένης παραμόρφωσης
Μεταλλοκένιο γραμμικό πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (mLLDPE)
Strain gauges
Παρακολούθηση δομικής ακεραιότητας κατασκευών
Ελαστομερή
Νανοϋλικά
Αγωγιμότητα
Polymers
Nano-Technology
Αίσθηση παραμόρφωσης
Φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF)
Thermoplastics
Carbon black (CB)
Elastomers
Electrical resistance
Conductivity
Percolation theory
Nanomaterials
Πολυμερή
Engineering and Technology
Nanocomposites
Θερμοπλαστικά
PolyVinylidene fluoride (PVDF)
Deformation sensing
Carbon nanotubes (CNTs)
Wear sensing
Στυρένιο βουταδιένιο (SBR)
Greek
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ)
National Technical University of Athens (NTUA)
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ). Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Μηχανικής. Εργαστήριο Αντοχής των Υλικών
BY_NC_ND
National Documentation Centre (EKT)
National Archive of PhD Theses
Συλλογή ΕΑΔΔ



*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)