این مقاله به روشی پرداخته است که برای پایش سلامت سازه ها به کار می رود. با این روش عیوب سازه های بزرگ کامپوزیت های زمینه پلیمری تحت شرایط بارگذاری کشف می گردند و محل و وسعت آنها تعیین می شود. در این روش نانو لوله های کربن به رزین پلیمری زمینه کامپوزیت اضافه می گردند. سپس به رزین پلیمری اصلاح شده، الیاف بلند تقویت کننده افزوده می شود. به این ترتیب یک سازه کامپوزیتی هوشمند تولید می گردد. افزودن نانولوله های کربن سبب می گردد که رزین پلیمری خاصیت رسانایی الکتریکی پیدا کند. نواحی رسانای سازه بزرگ (مثلا نواحی که با نقره روکش شده است) توسط نقاط شبکه (نقاط گِرید) علامت گذاری می گردد (در محل تلاقی خطوط عمودی و افقی یک شبکه شطرنجی، نقاطی قرار دارد که به آنها نقاط گِرید گفته می شود). آنگاه هدایت الکتریکی بین این نقاط اندازه گیری می شود. از این مقادیر به عنوان مرجع استفاده می گردد. اگر بار زیادی بر سازه بزرگ کامپوزیت های زمینه پلیمری وارد شود، ممکن است از یک یا چند نقطه دچار شکست گردد. آزمایش ها نشان داده اند که بروز شکست سبب می گردد که در اطراف ناحیه آسیب دیده، خواص الکتریکی نقاط شبکه تغییر یابد. تغییر شدید در خواص الکتریکی بین نقاط شبکه نشان دهنده وجود شکست می باشد. با استفاده از این تغییرات می توان محل بروز شکست را پیدا نمود و به وسعت آن پی برد. در بسیاری از سازه های مهم مهندسی نظیر هواپیماها به طور روز افزون از کامپوزیت های زمینه پلیمری استفاده می گردد. زیرا کامپوزیت های مذکور سبک هستند، از استحکام و سفتی بالایی برخوردار می باشند و در برابر خستگی به خوبی مقاومت می کنند. بنابراین کاماپزویت های مذکور از کاربردهای متنوعی برخوردار می باشند. به عنوان مثال برای عیب یابی سازه های کامپوزیتی که در حال خدمت رسانی هستند و برای تعیین محل عیوب آنها، از کامپوزیتهای زمینه پلیمری استفاده می گردد. بسیاری از آزمون های غیر مخرب نیز برای پیدا کردن چنین عیوبی مورد استفاده قرار می گیرند. آزمون های غیر مخرب از وضوح فضایی (قدرت تفکیک پذیری زاویه ای) پایینی برخوردار هستند و با استفاده از آنها نمی توان در محل خدمت رسانی عیوب را شناسایی کرد، لذا بازدهی آنها محدود است. سازه هایی که در نسل آینده هواپیماها مورد استفاده قرار می گیرند، از چندین کاربرد برخوردار خواهند بود. برای تولید سازه های مذکور باید فناوری کامپوزیت و فناوری نانو با یکدیگر ادغام گردند.

راه حل جدید بر پایه نانولوله های کربن
در میان انواع مختلف نانوذرات، تنها نانولوله های کربن هستند که به دلیل کوچک بودن و به خاطر برخورداری از خواص مکانیکی استثنایی، از خود عملکرد چندگانه ای نشان می دهند. اگر نانولوله های کربن به نسبت کمی با رزین اپوکسی مخلوط شوند، خاصیت هدایت الکتریکی آن را افزایش می دهند و این خاصیت به الیاف تقویت کننده کامپوزیت که در محل خدمت رسانی نقش حسگرهای پیزومقاومتی را ایفا می کنند نیز منتقل می گردد. لازم به ذکر است که حسگرهای پیزومقاومتی از موادی تشکیل شده اند که تحت اعمال فشار یا نیرو، مقاومت الکتریکی آنها تغییر می کند. هنگام وارد شدن بارهای مکانیکی، شبکه ای از نانولوله های کربن که داخل رزین تشکیل می گردد، تغییر شکل می دهد و اگر بار وارد شده آنقدر زیاد باشد که ماده زمینه کامپوزیت ترک بردارد، بر روی ساختار شبکه نانولوله های کربن تاثیر می گذارد و خواص الکتریکی آن را تغییر می دهد. این روش چالش های استفاده از آزمون های غیر مخرب و پایش سلامت سازه را به همراه ندارد (شکل ۱).

اخیرا بسیاری از محققان نانولوله های کربن را به تَب های کوچک کامپوزیت رزین اپوکسی اضافه نمودند تا عیوب موجود در آنها را پیدا کنند. سازه های مهندسی که در اندازه واقعی تولید می شوند، بسیار بزرگتر از نمونه های آزمایشگاهی هستند که تحت ارزیابی های غیر مخرب قرار می گیرند. برای اینکه آزمون های غیر مخرب در مقیاس بزرگتری صورت بگیرند، لازم است که به جای تَب از سازه های کامپوزیتی در اندازه واقعی استفاده گردد. برای تعیین نسبت بهینه نانولوله های کربن که در کشف عیوب هر نقطه از سازه کامپوزیتی به کار می روند، معیارهایی وجود دارد. یکی از این معیارهای توزیع یکنواخت نانولوله های کربن است که سبب می گردد سراسر قطعه از خاصیت هدایت الکتریکی یکسانی برخوردار باشد. معیار بعدی حساسیت به تغییر در مقاومت الکتریکی است. روش پایش سلامت سازه از جنبه هایی برخورادر است که در ذیل به آنها اشاره شده است:

تولید سازه های هوشمند کامپوزیت الیاف /اپوکسی/ نانولوله های کربن
ابتدا رزین اپوکسی ایپون ۸۶۲ و سخت کننده اِپیکِیور (با درصد وزنی ۴/۲۶) با یکدیگر مخلوط شدند. سپس نانو لوله های چند جداره با نسبت وزنی ۳/۰ درصد (مقدار بهینه ) به رزین اپوکسی زمینه کامپوزیت اضافه گردید. بعد مخلوط مذکور داخل یک آسیاب سه غلطکی ریخته شد (آسیاب اِگزَکت ۸۰ ایی، ساخت شرکت اِگزَکت تِکنالِجیز) تا نانولوله های کربن چند جداره داخل ماده زمینه پراکنده گردد. آنگاه رزین زمینه که خواص آن توسط نانولوله های کربن اصلاح شده بود، با روش چیدمان دستی بین الیاف شیشه بافت ساده نارسانا و الیاف کربن رسانا اعمال گردید و به این ترتیب ورق های کامپوزیت الیاف شیشه/ اپوکسی/ نانولوله های کربن چند جداره و کامپوزیت الیاف کربن/ اپوکسی/ نانو لوله های کربن چند جداره و کامپوزیت الیاف کربن/ اپوکسی/ نانولوله های کربن چند جداره تولید شدند. سپس ورق های مذکور در کوره اتوکلاو پخت گردیدند. فرآیند تولید سازه هوشمند کامپوزیتی در شکل ۲ نمایش داده شده است.