Учёные Сколтеха совместно с коллегами из Китая и Ирана сделали важный шаг к созданию высокоточных сенсоров на основе волокон из углеродных нанотрубок. В новой работе, опубликованной в журнале iScience, авторы впервые количественно оценили точность таких сенсоров как на этапе производства эпоксидных полимерных нанокомпозитов с диспергированными углеродными нанотрубками, так и при эксплуатации готового материала. Исследователи подчёркивают, что эта разработка открывает путь к созданию передового углеродного материала для высокоточных измерений в реальном времени.

Существующие сенсоры, такие как оптоволоконные и пьезоэлектрические, плохо подходят для одновременного контроля процесса изготовления и последующей работы полимерных композитов. Их интеграция в структуру материала нередко ухудшает его механические свойства, повышая чувствительность к повреждениям.

«Наши результаты показывают, что волокна из углеродных нанотрубок перестают быть просто перспективным материалом и и становятся готовыми к практическому применению в качестве высокоточных сенсоров. Таким образом, мы можем не только контролировать процесс отверждения полимерной матрицы, но и впоследствии измерять свойства готового композита», — прокомментировал первый автор статьи Сергей Шадров, аспирант Сколтеха по программе «Науки о материалах».

«Основная цель всей работы заключалась в качественной оценке точности сенсоров на основе волокон из углеродных нанотрубок для двухэтапного мониторинга эпоксидных нанокомпозитов. Для сравнения: коммерчески доступные сенсоры имеют погрешность от 2%. В случае же наших сенсоров максимальная погрешность измерений составляет 0,1% (в самом худшем сценарии)», — добавил старший преподаватель Лаборатории наноматериалов Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Хассаан Ахмад Батт, соавтор исследования.

Было показано, что для высокоточных измерений при использовании сенсоров на основе волокон из углеродных нанотрубок можно применять стандартный двухточечный метод вместо более сложного четырёхточечного. Это упрощает процесс измерений, снижает затраты и облегчает внедрение этой технологии в промышленность.

«Секрет высокой точности кроется в уникальных морфологических особенностях волокон из углеродных нанотрубок. Их структура обеспечивает формирование прямых контактов между поверхностью волокна и проводящей сетью из нанотрубок, образующейся внутри полимерной матрицы. В результате влияние контактного сопротивления может быть исключено, что значительно повышает точность измерений», — прокомментировал профессор Альберт Насибулин, директор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха и руководитель Лаборатории наноматериалов.