Un sensor tridimensional de deformación en roseta basado en un compuesto de grafeno con efecto piezoresistivo

Obtener el estado interno de tensión y deformación del hormigón para evaluar la seguridad y fiabilidad de las estructuras es un objetivo importante de la monitorización de la salud estructural del hormigón. En este artículo, se diseñó y fabricó un sensor de tensión tridimensional (3D) utilizando un compuesto piezoresistivo basado en grafeno para medir las tensiones en estructuras de hormigón. El compuesto piezoresistivo se preparó utilizando óxido de grafeno reducido (RGO) como relleno conductor, nanofibras de celulosa (CNF) como dispersante y esqueleto estructural, y epoxi al agua (WEP) como matriz polimérica. Se probaron las propiedades mecánicas, eléctricas y electromecánicas del compuesto RGO-CNF/WEP. Los resultados muestran que la resistencia a la tracción, el módulo elástico y la conductividad del compuesto mejoran considerablemente con la adición de RGO y CNF. El cambio de resistencia relativa de las películas compuestas demuestra una alta sensibilidad a la deformación mecánica con factores de calibre de 16-52. Dentro de una deformación del 4%, las propiedades piezoresistivas de los materiales compuestos son estables, con buena linealidad y repetibilidad. Se probó el rendimiento de detección de la roseta de deformación 3D. Las deformaciones medidas se aproximan a las deformaciones reales del punto de medida en el hormigón, y el error es pequeño. El compuesto RGO-CNF/WEP tiene excelentes propiedades mecánicas y piezorresistivas, lo que permite utilizar la roseta de deformación 3D como sensor integrado para medir con precisión la deformación interna de las estructuras de hormigón.

Autores: Zhiqiang, Wu; Jun, Wei; Rongzhen, Dong; Hao, Chen