一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法技术

一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，先在增强纤维表面均匀分布并固定量子点，形成量子点界面层；将具有量子点界面层的增强纤维与基质结合制备具有量子点界面层的纤维增强复合材料；通过具有光致发光光谱检测功能的仪器，扫描获得具有量子点界面层的纤维增强复合材料不同位置的光致发光光谱，确定出基准光谱区域；当具有量子点界面层的纤维增强复合材料发生界面损伤，再次通过具有光致发光光谱检测功能的仪器扫描，检测得到损伤位置的光致发光光谱，从而确定了发生界面损伤的位置；并且损伤位置的光致发光光谱、基准光谱区域的偏移程度与界面损伤程度成正比；本发明专利技术可实现对纤维增强复合材料界面处细微损伤的检测，且不影响纤维增强复合材料本身机械性能，具有操作简单，检测准确度高、成本低适用性广的优点。广的优点。广的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法


[0001]本专利技术属于纤维增强复合材料的界面损伤检测
，特别涉及一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法。

技术介绍

[0002]与金属材料相比，纤维增强复合材料具有刚度和强度高、比重小、疲劳和断裂韧性好等综合优点，因此在航空航天工业、汽车应用和体育用品等领域得到了广泛的应用。也正因为其复合结构的特点，在应用过程中内部发生一些微小损伤时往往不易被发现和阻止，从而不断累积、扩大，导致设备发生故障和不可挽回的破坏。而经过统计证明，纤维增强复合材料的损伤几乎都是从界面处纤维和基体的脱粘及细微损伤开始的。因此，需要一种能够及时检测出纤维增强复合材料界面处的损伤位置和损伤程度的方法，以及时阻止复合材料损伤的进一步扩展。
[0003]目前，传统及较为成熟的纤维增强复合材料界面的损伤检测方法主要包括：超声扫描、X射线、CT扫描、在复合材料中嵌入电信号传感器或光纤传感器、在纤维表面沉积碳纳米管等形成导电网络等。其中，超声扫描、X射线、CT扫描等方法存在不能定位到纤维增强复合材料界面处的初始损伤位置的缺点，当发现复合材料的损伤时可能已经严重不可挽救；而在复合材料中嵌入电信号传感器或光纤传感器、在纤维表面沉积碳纳米管等形成导电网络等方法会影响纤维增强复合材料本身机械性能，基于这些方法的复合材料不能发挥其本身比刚度和比强度高、比重小优势。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，通过将量子点引入纤维增强复合材料界面，利用量子点的光致发光波长与量子点所受应力的关系，表征了纤维增强复合材料界面损伤位置和损伤程度，且不影响复合材料的机械性能，具有操作简单，检测准确度高、成本低适用性广的优点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，具体操作步骤如下：
[0007]第一步：在增强纤维4表面均匀分布并固定量子点3，形成量子点界面层2；
[0008]第二步：将第一步中形成量子点界面层2的增强纤维4与基质1合成具有量子点界面层2的纤维增强复合材料；
[0009]第三步：将第二步合成的具有量子点界面层2的纤维增强复合材料置于具有光致发光光谱检测功能的仪器下扫描，得到纤维增强复合材料不同位置的光致发光光谱，通过不同位置光致发光光谱的波长范围，确定基准光谱区域5；
[0010]第四步：将待检测的具有量子点界面层2的纤维增强复合材料置于具有光致发光光谱检测功能的仪器下扫描检测，得到光致发光光谱，将其与第三步确定出的基准光谱区域5比对，判断是否有界面损伤、发生界面损伤的位置及界面损伤程度。
[0011]所述的第一步中量子点3为包括但不限于CdSe量子点、CdTe量子点、钙钛矿量子点，优选使用CdTe量子点。
[0012]所述的第一步中量子点3的直径为3.5
‑
7nm。
[0013]所述的第一步中增强纤维4包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维，优选使用碳纤维。
[0014]所述的第一步中在增强纤维4均匀分布并固定量子点3以形成量子点界面层2的方法为，将量子点3溶解在有机溶剂中，得到质量分数为5％
‑
10％的量子点溶液，然后将增强纤维4浸没在上述溶液中5
‑
10分钟后取出，并在60
‑
100℃的真空干燥箱中蒸发除去有机溶剂，留下量子点3均匀分布在增强纤维4表面，将上述步骤重复3
‑
5次，至形成厚度为3.5
‑
15nm量子点界面层2。
[0015]所述有机溶剂包括但不限于甲苯、正己烷、丙酮。
[0016]所述的第二步中基质1包括但不限于环氧树脂、光敏树脂、酚醛树脂、不饱和聚乙树脂，优选使用环氧树脂。
[0017]所述的第二步中合成纤维增强复合材料优选地使用真空模塑成型法。
[0018]所述的第三步中具有光致发光光谱检测功能的仪器包括但不限于光致发光光谱仪、原子荧光光度计、荧光分光光度计，优选使用光致发光光谱仪。
[0019]所述的第四步中比对后不在基准光谱区域5范围内的光致发光光谱即为损伤位置的光致发光光谱6，显示损伤的物理位置，并且损伤位置的光致发光光谱6相对于基准光谱区域5的偏移程度7与界面损伤程度成正比。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有以下技术优势：
[0021]1、本专利技术的基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，能够实现不同纤维、不同基质的纤维增强复合材料界面损伤检测，并且能同时检测纤维增强复合材料的界面损伤位置和损伤程度。
[0022]2、本专利技术的损伤检测方法所采用的量子点目前已经广泛工业化，具有原料广泛且性能稳定的优点。
[0023]3、本专利技术的损伤检测方法所形成的量子点界面层尺寸为3.5
‑
15nm，其引入对于纤维增强复合材料机械性能的影响可以忽略。
[0024]4、本专利技术的损伤检测方法不需要昂贵或具有辐射性的额外设备，仅仅需要在纤维增强复合材料的制备过程中引入量子点以及一个简单的光谱设备，操作简单、成本低廉。
[0025]综上，本专利技术具有操作简单，检测准确度高、成本低适用性广的优点。
附图说明
[0026]图1为本专利技术可用于界面损伤检测的纤维增强复合材料结构示意图。
[0027]图2为本专利技术基于光致发光光谱的界面损伤检测方法示意图。
[0028]图中：1、基质；2、量子点界面层；3、量子点；4、增强纤维；5、基准光谱区域；6、损伤位置的光致发光光谱。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术做详细描述。
[0030]实施例一：
[0031]本实施例中，量子点3为CdTe量子点，增强纤维4为T800
‑
H型碳纤维，基质1为环氧树脂。
[0032]一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，包括以下步骤：
[0033]第一步：将CdTe量子点3溶解在有机溶剂甲苯中，其中有机溶剂甲苯中CdTe量子点的质量分数为5％，然后将碳纤维4浸没在上述溶液中10分钟后取出，并在80℃的真空干燥箱中蒸发除去有机溶剂甲苯，留下CdTe量子点3均匀分布在碳纤维4表面，将上述操作重复3次以增加碳纤维4表面量子点的含量，最终形成量子点界面层2厚度为3.5
‑
15nm；
[0034]第二步：通过真空模塑成型的方法将所述具有量子点界面层2的碳纤维4与环氧树脂合成具有量子点界面层2的纤维增强复合材料，如图1所示；
[0035]第三步：将上述制备的具有量子点界面层2的纤维增强复合材料在光致发光光谱仪下扫描，得到纤维增强复合材料不同位置的光致发光光谱，取不同位置光致发光光谱峰值波长的最大值和最小值，确定出基准光谱区域5，如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，其特征在于：具体操作步骤如下：第一步：在增强纤维(4)表面均匀分布并固定量子点(3)，形成量子点界面层(2)；第二步：将第一步中形成量子点界面层(2)的增强纤维(4)与基质(1)合成具有量子点界面层(2)的纤维增强复合材料；第三步：将第二步合成的具有量子点界面层(2)的纤维增强复合材料置于具有光致发光光谱检测功能的仪器下扫描，得到纤维增强复合材料不同位置的光致发光光谱，通过不同位置光致发光光谱的波长范围，确定基准光谱区域(5)；第四步：将待检测的具有量子点界面层(2)的纤维增强复合材料置于具有光致发光光谱检测功能的仪器下扫描检测，得到光致发光光谱，将其与第三步确定出的基准光谱区域(5)比对，判断是否有界面损伤、发生界面损伤的位置及界面损伤程度。2.根据权利要求1所述的一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，其特征在于：所述的第一步中量子点(3)包括但不限于CdSe量子点、CdTe量子点、钙钛矿量子点，优选使用CdTe量子点。3.根据权利要求1或2所述的一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，其特征在于：所述的第一步中量子点(3)的直径为3.5
‑
7nm。4.根据权利要求1所述的一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，其特征在于：所述的第一步中增强纤维(4)包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维，优选使用碳纤维。5.根据权利要求1所述的一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，其特征在于：所述的第一步中在增强纤维(4)均匀分布并固定量子点(3)以形成量子点界面层(2)的方法为，将量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小明，王硕，邵金友，张洁，陈小亮，王春慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：