30954

بررسي تجربي تاثير جهت دهي ذرات بر هدايت الكتريكي در اتصالات چسبي نانوكامپوزيتي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399

1402/06/28

دكتر هادي خرمي شاد

دكتر فتح اله طاهري بهروز

مهندسي مكانيك

در سال‌هاي اخير، استفاده از اتصالات چسبي به دليل مزيت‌هاي آن نسبت به ساير روش‌هاي اتصال افزايش پيداكرده است. از مزيت‌هاي اتصالات چسبي مي‌توان از توزيع تنش يكنواخت‌تر و هزينه كمتر نام برد. افزودن ذرات نانو باعث تقويت خواص الكتريكي، مكانيكي و حرارتي چسب‌ها مي‌شود. با افزودن نانولوله‌هاي كربني به ماتريس پليمري، خواص الكتريكي اين اتصالات بهبود يافت و منجر به افزايش رسانايي الكتريكي، كاهش مقاومت الكتريكي و بهبود توزيع جريان الكتريكي در اتصالات چسبي شد. افزايش رسانايي الكتريكي در نانولوله‌هاي كربني به دليل ويژگي‌هاي خاص آن‌ها اتفاق مي‌افتد. يكي از مكانيزم‌هاي مهم در اين خصوص، مكانيزم تونل زني الكتروني است. وقتي نانولوله‌هاي كربني به اندازه‌اي كوچك مي‌شوند كه مرزهاي كوانتومي مؤثر واقع شوند، آنگاه الكترون‌ها به راحتي از يك نانولوله به نانولوله ديگر تونل مي‌زنند. اين اتفاق مي‌تواند منجر به افزايش رسانايي الكتريكي در نانولوله‌هاي كربني شود، زيرا الكترون‌ها به سرعت و با كمترين انحراف در جهت حركت، مي‌توانند از يك نانولوله به نانولوله ديگر منتقل شوند. علاوه بر اين، اتصال‌ بين نانولوله‌هاي كربني مي‌تواند در رسانايي الكتريكي تأثيرگذار باشد. توانايي نانولوله‌هاي كربني در انتقال الكترون‌ها با سرعت بالا نيز به عنوان يكي ديگر از مكانيزم‌هاي افزايش رسانايي الكتريكي مطرح است. به دليل ساختار يك بعدي و بسيار بلند اين نانولوله‌ها، الكترون‌ها بدون اشتباه يا پراكندگي از يك سر به سر ديگر حركت مي‌كنند، كه اين امر باعث افزايش سرعت انتقال الكترون و در نتيجه رسانايي الكتريكي مي‌شود. درصد وزني بهينه براي بهبود خواص مكانيكي و الكتريكي چسب مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده شد كه با افزايش غلظت نانولوله‌هاي كربني ميزان هدايت الكتريكي چسب نانوكامپوزيتي افزايش مي‌يابد. براي يافتن درصد وزني مناسب جهت ورود به فاز رسانايي الكتريكي، آستانه نفوذ اتصالات چسبي مورد بررسي قرار گرفت. با استفاده از ايجاد ميدان الكتريكي حول اتصال چسبي به جهت‌دهي كردن نانولوله‌هاي كربني پرداخته شد و مشاهده گرديد كه در نمونه حاوي 0.3 درصد وزني از نانو ذرات، جهت‌دهي كردن نانولوله‌هاي كربني در جهت ضخامت اتصال علاوه بر افزايش استحكام مكانيكي، باعث بهبود 80 درصدي رسانايي الكتريكي مي‌گردد. از خواص رسانايي الكتريكي چسب‌هاي تقويت شده با نانوذرات رسانا براي پايش سلامت سازه به كمك مشاهده تغييرات امپدانس الكتريكي اتصال چسبي استفاده شد. همچنين از روش‌هاي كمكي ديگري نظير روش اپتيكي، آناليز مودال و روش نويز صوتي براي شناسايي آسيب در اتصال استفاده گرديد.

1403/03/29

Experimental study of the effect of particle aligning on the electrical conductivity of nanocomposite adhesively bonded joints

9/18/2024 12:00:00 AM

In recent years, adhesive joints have been used because of the advantages they have over other installation methods. From the advantages of adhesive joints, I can use more uniform discount and lower cost. The addition of nano particles strengthens the electrical, mechanical and thermal properties of adhesives. By adding carbon nanotubes to the polymer matrix, the electrical properties of these joints are improved, increasing power transmission, reducing energy, and improving electrical current in adhesive joints. The increase in electrical conductivity in carbon nanotubes occurs due to their special characteristics. One of the important mechanisms in this field is the electronic tunneling mechanism. When carbon nanotubes are shrunk to quantum limits, electrons can easily tunnel from one nanotube to another. This can lead to an increase in electrical conductivity in carbon nanotubes, because electrons can be transferred quickly and without deviation in the direction of movement from one nanotube to another. In addition, the connection between carbon nanotubes can be effective in conductivity. The device of carbon nanotubes in the transfer of electrons at high speed has also been proposed as another mechanism to increase conductivity. Due to the one-dimensional and very long logic of these nanotubes, electrons move from one end to another without error or dispersion, which increases the speed of electron transfer and, as a result, electrical transfer. The optimal weight percentage was investigated to improve the mechanical and electrical properties and it was observed that the amount of electrical energy of the nanocomposite increases with the increase of carbon nanotubes. In order to find the appropriate weight percentage to enter the electrical conductivity phase, the penetration threshold of adhesive joints was checked. By creating an electric field around the adhesive joint, the use of carbon nanotubes is considered and it is observed that in the sample containing 0.3% by weight of nanoparticles, the orientation of the carbon nanotubes in the direction of the thickness of the joint causes a mechanical increase. It improves strength and transmission of electrical energy by 80%. . The electrical conductivity properties of adhesives reinforced with Rosa nanoparticles are used to monitor the health of the structure by observing the changes in the electrical impedance of the adhesive joint. Also, auxiliary methods similar to optical method, modal analysis and audio noise method were used to identify damage in the connection

اتصالات چسبي , نانو لوله هاي كربني , امپدانس الكتريكي , شناسايي آسيب

adhesively bonded joint , carbon nanotube , Electrical impedance , damage detection

Mohsen Chehrzad

Dr. Hadi Khoramishad