中南大学夏晓东获国家专利权
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龙图腾网获悉中南大学申请的专利一种拉伸与压缩碳纳米管/聚合物复合材料应变传感器的敏感性预测方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115292871B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-21发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202210511194.6,技术领域涉及:G06F30/20;该发明授权一种拉伸与压缩碳纳米管/聚合物复合材料应变传感器的敏感性预测方法是由夏晓东;赵世俊;肖厦子;张雪阳;陶勇;袁亚军设计研发完成,并于2022-05-11向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种拉伸与压缩碳纳米管/聚合物复合材料应变传感器的敏感性预测方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种轴向拉伸与压缩碳纳米管聚合物复合材料应变传感器的敏感性预测方法。该方法基于细观力学中机电耦合微观结构理论,同时考察碳纳米管的体积浓度、轴向拉伸、压缩应变和相邻碳纳米管之间的隧穿距离对于碳纳米管聚合物复合材料的力学性能和电学性能的影响,定量计算碳纳米管聚合物复合材料应变传感器的电阻变化比和应变敏感系数,与实际测试结果拟合度高。该方法从微观角度设计相应计算过程,充分体现了轴向拉压范围内电阻变化比与应变量的非线性关系,大幅简化了高灵敏度应变传感器的设计过程,对于高灵敏度应变传感器的大规模生产具有重要的指导意义。
本发明授权一种拉伸与压缩碳纳米管/聚合物复合材料应变传感器的敏感性预测方法在权利要求书中公布了:1.一种拉伸与压缩碳纳米管聚合物复合材料应变传感器的敏感性预测方法,其特征在于:包括以下步骤:1确定碳纳米管的几何、电学和力学参数; 2获取不同碳纳米管体积浓度下的碳纳米管聚合物复合材料应变传感器的力学和电学特征参数; 3设定轴向应变,并建立涂层碳纳米管和碳纳米管聚合物复合材料应变传感器轴向应变的力学均质化模型; 所述力学均质化模型的建立过程为:在碳纳米管和聚合物基体间引入超薄夹层,并计算涂层碳纳米管的力学性能;建立碳纳米管聚合物复合材料应变传感器的有效体积模量、剪切模量与应变量的关系式; 4建立碳纳米管聚合物复合材料所需原料的弹性本构模型和碳纳米管轴向应变相关的体积浓度模型; 所述体积浓度模型的建立过程为:依次建立碳纳米管横观各向同性弹性本构关系、聚合物各向同性的力学本构关系和形变后的复合材料应变传感器中碳纳米管体积浓度; 5建立碳纳米管聚合物复合材料应变传感器轴向应变相关的电导率、电阻变化比和应变敏感系数模型; 所述碳纳米管聚合物复合材料应变传感器轴向应变相关的电导率、电阻变化比和应变敏感系数的模型建立过程为:建立碳纳米管聚合物复合材料应变传感器轴向应变相关的几何设定;基于界面上轴向应变相关的隧穿效应,建立夹层的轴向应变与电导率的关系式;基于隧穿效应计算涂层碳纳米管的电导率;对碳纳米管聚合物复合材料应变传感器的轴向应变相关的电学性质进行均质化计算; 6建立碳纳米管聚合物复合材料应变传感器轴向应变相关的直流敏感性预测模型; 所述直流敏感性预测模型的建立过程为:基于不同碳纳米管体积浓度下的有效电导率,拟合确定隧穿效应参数和界面材料的参数;基于不同碳纳米管体积浓度下的不同轴向应变的电阻变化比,拟合确定包括界面相杨氏模量,相邻涂层碳纳米管之间的势垒高度在内的剩余参数; 7绘制上述各模型曲线图并进行模型检验校正; 所述模型检验校正的过程为:将所得无应变加载下有效直流电导率与碳纳米管体积浓度的预测曲线与实际测量数据比对;将所得碳纳米管聚合物复合材料应变传感器轴向应变相关的电导率、电阻变化比和应变敏感系数的预测曲线与实际测量数据比对。
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