Piezoelectric 0-0-3 Composites

压电0-0-3复合材料

基本信息

项目摘要

The long term vision for Structural Health Monitoring is a self-sustaining operation. In principle the sensors may be used for energy harvesting, but the adjacent composite structure may be used as well. The energy can by accumulated in the structure beyond the operation cycle of the SHM-system. This is the starting point for the proposal. The aim is to investigate energy converting mechanisms capable of being integrated into the structural surface with respect to an autarkic operation. The focus of the project lies in the investigation of piezoelectric resins being able to convert mechanical into electric energy within polymer composite structures. The proposers will build a test facility for the determination of the most relevant piezoelectric parameter like permittivity, load constant, coupling factor. The dispersion of piezoceramic particles and additives elevating the permittivity, e.g. carbon modifications, into the resin will be investigated. Coupons of piezo-composites consisting of particles and sputtered electrodes will be manufactured. In particular alternatives to lead-based ceramics like KNN will be considered. In a second step the integration of the highly viscous resins systems in polymer fiber composites will be developed. Methods of Resin Film Infusion (RFI) are very auspicious candidate methods. The most challenging task of the research work will then be how to integrate the electrodes into the composite structure. A comprehensive understanding of piezo-electric polymer composites composed of piezoelectric powder and thermoset resin will be achieved by multi-scale modelling. A validated multi-scale modelling framework is pursued to quantitatively predict the electromechanical behaviour of the particle-filled resin, especially the relationship between amount of particles and electromechanical properties.
结构性健康监测的长期视野是自我维持的操作。原则上,传感器可用于能量收集,但也可以使用相邻的复合结构。 能量可以通过在SHM系统的操作周期之外积累的结构中积累。这是提案的起点。目的是研究能够相对于自传操作将能够集成到结构表面的能量转换机制。该项目的重点在于对压电树脂能够在聚合物复合结构内的电能转换为电能的研究。提议者将建立一个测试设施,以确定最相关的压电参数(如介电常数,负载常数,耦合因子)。压电粒子颗粒和添加剂的分散剂,以提高介电常数,例如将研究碳修饰,并研究树脂。将制造由颗粒和溅射电极组成的压电复合材料的优惠券。 特别是将KNN等铅陶瓷的替代品。在第二步中,将开发高粘性树脂系统在聚合物纤维复合材料中的整合。树脂膜输注方法(RFI)是非常吉祥的候选方法。然后,研究工作最具挑战性的任务将是如何将电极整合到复合结构中。通过多尺度建模可以实现对由压电粉和热固性树脂组成的压电聚合物复合材料的全面理解。追求经过验证的多尺度建模框架,以定量预测颗粒填充树脂的机电行为,尤其是颗粒量与机电特性之间的关系。

项目成果

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