Kulfiber elektriske målinger baner vej for lynnedslagsteknologier

Kulfiberforstærkede polymerkompositstrukturer tjener en stadig vigtigere rolle i rumfart, infrastruktur, energiproduktion, og transport. Endnu, en komposits elektriske adfærd er udfordrende at måle eller forudsige på grund af den elektriske ledningsevne af bestanddele af kulfiber og kompositens komplekse hierarkiske mikrostruktur.

I Journal of Applied Physics , forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign rapporterer den første direkte måling af den tværgående elektriske resistivitet af en enkelt kulfiber. Forskerne kombinerede en præcis prøveforberedelse med en teknik kaldet van der Pauw-metoden for at opnå denne udfordrende måling.

"Vores eksperimenter bekræfter, at de elektriske egenskaber målt på tværs af en kulfiber ikke er de samme som egenskaberne målt langs fiberens længde, " sagde medforfatter Nancy Sottos.

Når der laves kulfiber, de stærke carbon-carbon-kovalente bindinger er justeret i planer parallelt med fiberaksen i længderetningen. Der findes kun svage van der Waals -bindinger mellem flyene i tværretningen, fører til retningsafhængige egenskaber.

Forskerne brugte en teknik kendt som van der Pauw-metoden til nøjagtigt at måle resistiviteten i en kulfibers tværgående retning. Modstandsmålingerne blev udført på en skive kulfiber skåret ved hjælp af en fokuseret ionstråle og forbundet til elektroder til elektriske modstandsmålinger.

"Vores resultater afslører, at en IM7 kulfiber er mere elektrisk ledende i retningen parallelt med længden, "sagde medforfatter Satoshi Matsuo.

Tidligere, van der Pauw-metoden blev hovedsageligt brugt til at måle modstanden af ​​tynde film eller skiver. Forskerne skar og manipulerede en skive kulfiber ved hjælp af en fokuseret ionstråle og en nål, et værktøj, der er mere almindeligt anvendt til at forberede transmissionselektronmikroskopiprøver.

Forskerne arbejder nu på elektriske kontaktmodstandsmålinger mellem to kulfibre. Den elektriske kontaktmodstand afhænger af den elektriske resistivitet og kontaktområdet, som også varierer afhængigt af den vinkel, hvormed de to fibre krydser hinanden.

Næste, de planlægger at undersøge de tværgående elektriske resistivitetsmålinger på forskellige typer kulfiber med varierende måleforhold såsom miljøtemperaturen.

"Denne procedure kan også anvendes på andre homogene ledende fibermaterialer med en diameter i størrelsesordenen mikroner, f.eks. Ledende polymerfiber eller metallisk fiber, " sagde Sottos.