華盛頓，2021 年 9 月 21 日——碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在航空航天、基礎(chǔ)設(shè)施、能源生產(chǎn)和運(yùn)輸中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。然而，由于組成碳纖維的導(dǎo)電性和復(fù)合材料的復(fù)雜分層微觀結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料的電性能很難測(cè)量或預(yù)測(cè)。
在AIP 出版的《應(yīng)用物理雜志》上，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員首次直接測(cè)量了單根碳纖維的橫向電阻率。研究人員將精確的樣品制備與稱為 van der Pauw 方法的技術(shù)相結(jié)合，以完成這項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的測(cè)量。
“我們的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，橫向測(cè)量碳纖維的電性能與沿纖維長(zhǎng)度測(cè)量的性能不同，”共同作者 Nancy Sottos 說(shuō)。
當(dāng)制造碳纖維時(shí)，強(qiáng)的碳-碳共價(jià)鍵在縱向平行于纖維軸的平面內(nèi)排列。橫向平面之間僅存在弱范德華鍵，導(dǎo)致方向相關(guān)的特性。
研究人員使用一種稱為范德堡法的技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量碳纖維橫向的電阻率。使用聚焦離子束在碳纖維切片上進(jìn)行電阻測(cè)量，并連接到電極進(jìn)行電阻測(cè)量。
“我們的結(jié)果表明，IM7 碳纖維在平行于長(zhǎng)度的方向上更具導(dǎo)電性，”共同作者 Satoshi Matsuo 說(shuō)。
以前，范德堡法主要用于測(cè)量薄膜或圓盤的電阻率。研究人員使用聚焦離子束和針切割和操作一片碳纖維，針是一種更常用于制備透射電子顯微鏡標(biāo)本的工具。
研究人員現(xiàn)在正在研究?jī)煞N碳纖維之間的電接觸電阻測(cè)量。接觸電阻取決于電阻率和接觸面積，這也取決于兩條纖維彼此交叉的角度。
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