先进材料新闻：弯曲传感器箔将使材料更强大！

来源：材料科技在线

机械结构变得越来越复杂。与此同时，更复杂的材料也被制造并使用，复合材料就是一个典型的例子。在几种典型的复合材料中，纤维增强聚合物是由增强纤维（主要是玻璃或碳）制成的，它们与聚合物树脂（主要是环氧树脂）融合在一起而成。聚合物树脂使这些复合材料非常轻，而增强纤维提供了优良的刚度和强度。因此，这种复合材料在轻质但非常坚固的材料的应用中非常有吸引力，例如飞机、风力涡轮机叶片、赛车等。

然而，由于这些材料的综合性质和固有的各向异性，它们的力学行为（例如，它们的失效机制）比传统材料如金属更难预测。为此，机械结构过大时，可以过早（出于安全考虑）或过晚（结构破坏后）的更换材料。因此，将传感器集成在这样的材料中，以便实时监测它们并能够预测老化或失效机制是很有意思的。这将延长它们的寿命，并通过减少原材料的使用和节约能源来大大减少对环境的影响。

传统上，应变计已用于此目的，但最近，光学变体，即光纤与布拉格光栅传感器已被采纳。这种光纤传感器是非常惰性的，不易受到电磁干扰，并且非常小，使得它们非常易于集成到复合材料中。

然而，光纤传感器主要对纵向应变敏感，因此要知道材料中某一点的总应变矢量，必须在不同方向上放置多个纤维，这是非常具有挑战性的。通过利用聚合物薄片中代替光纤实现这种光学传感机制，使得这一难题得到解决。

在制造过程中，传感器在铝箔上的定位是固定的，因此它可以很容易地被安装而不干扰传感器的方向。此外，这些传感器箔可以非常薄（低至50μm），以便它们可以在制造过程中嵌入复合材料中。这样可以保护他们有时免受恶劣操作环境的伤害，不需要使用胶水（不影响应变传递），并可以监测结构的内部。由于这些传感器箔是由聚合物制成的，所以它们非常灵活，也可以应用于需要拉长或弯曲到小半径的应用中。在这项研究中，来自根特大学的JeroenMissinne等人研究的弯曲传感器半径达到了11毫米，而且在拉长1.4%时不丧失其功能，另外还有可能进一步的改进。