【摘 要】
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碳纳米管/环氧树脂(CNTs/EP)复合材料是一种具有优异性能的纳米复合材料,在汽车、建筑等多个领域都得到广泛应用。其中碳纳米管取向是改善CNTs/EP复合材料性能的关键,因此对碳纳米管取向度的表征尤为重要,这可以有助于确定加工条件来提高纳米复合材料的各项性能。当前的取向度表征方法存在破坏性大、操作复杂等缺点,而超声表征方法可有效解决上述不足。本文提出了采用超声纵波声速法对碳纳米管取向度表征的方法
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碳纳米管/环氧树脂(CNTs/EP)复合材料是一种具有优异性能的纳米复合材料,在汽车、建筑等多个领域都得到广泛应用。其中碳纳米管取向是改善CNTs/EP复合材料性能的关键,因此对碳纳米管取向度的表征尤为重要,这可以有助于确定加工条件来提高纳米复合材料的各项性能。当前的取向度表征方法存在破坏性大、操作复杂等缺点,而超声表征方法可有效解决上述不足。本文提出了采用超声纵波声速法对碳纳米管取向度表征的方法,在超声声速的测量中,采用了稀疏表示的方法获得精确的时延估计,并与传统的碳纳米管取向表征方法进行了比较,初步实现了 CNTs/EP复合材料中碳纳米管取向度的超声评价。研究工作主要如下:1、分析了超声表征碳纳米管取向度的可行性,以超声回波模型为基础,讨论了基于稀疏表示的时延估计原理并验证了模型的有效性,最后结合三种时延估计方法的对比结果进一步证实本文所提方法的有效性,为下文的超声表征碳纳米管取向度的实验开展和信号分析奠定了研究基础。2、针对实际检测中超声回波信号特征参数提取易受噪声、波形畸变等因素干扰的问题,以Gabor原子构建过完备字典,结合匹配追踪、正交匹配追踪、支持匹配追踪三种稀疏分解算法,对不同信噪比下两种不同状况的回波进行了时延估计并对比分析,结果表明基于稀疏表示的匹配追踪类算法能够准确地获取时延估计,且从时延估计精度、重构效果等方面来考虑,匹配追踪的效果最佳,为超声表征碳纳米管取向的实验信号处理提供了选择。3、通过不同的加工工艺参数制作了不同取向度的CNTs/EP复合材料,使用基于显微法的碳纳米管取向度评价方法和CNTs/EP复合材料的摩擦性能方面分析了各个试块中碳纳米管取向度的情况,基于匹配追踪的时延估计方法,进一步通过实验探究了超声波的纵波声速和环氧树脂基中碳纳米管取向度的关系。结果显示,超声声速能够有效表征碳纳米管的取向度,为碳纳米管取向度的表征提供了一种新的有效方法。
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