[发明专利]基于宏观石墨烯共形微带天线金属裂纹探测器和探测方法

说明书

本发明涉及基于宏观石墨烯共形微带天线金属裂纹探测器，包括宏观石墨烯膜和柔性介质基底；所述宏观石墨烯膜设置于柔性介质基底上表面，所述宏观石墨烯膜与柔性介质基底组成宏观石墨烯共形微带天线，所述柔性介质基底下表面粘贴在待测金属结构外表面上；所述宏观石墨烯共形微带天线外接有线检测装置，所述有线检测装置用于检测宏观石墨烯共形微带天线的谐振频率，并根据频率数据得到裂纹的长度和方向。本发明可以实现对于复杂曲面金属结构是否有裂纹的实时检测，并且可以实现对于裂纹长度和方向的检测。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料应用技术领域，具体的讲是基于宏观石墨烯共形微带天线金属裂纹探测器和探测方法。

背景技术

当今社会金属结构被广泛的应用于航空航天、海洋轮船、汽车制造、机械设备和土木工程中，在长期负载和恶劣环境的工作情况下，金属结构很难避免产生裂缝，当金属裂缝开始形成时，金属结构还能正常工作，但是如果此时对于裂缝的检测不及时，当裂缝继续扩展到一定程度时，会引起极其严重的后果，目前金属裂缝已经成为影响金属结构正常工作的首要因素，为了保证金属结构能够长时间和安全的工作，对于金属结构裂缝检测就非常有必要了。

目前对于金属裂缝检测的常见方法有涡流检测、超声波检测、红外成像检测等方法。但是上述方法都有很明显的缺点，例如涡流检测技术具有检测范围小、检测距离近、检测精度差、只能检测接近表面裂缝等缺点，超声波检测技术具有信号处理过程复杂、价格成本高、存在检测盲区等缺点，红外成像检测的成本高、检测过程复杂。

近年来，基于微带天线传感器的金属裂缝检测技术由于其制作简单、可以实现实时检测、灵敏度高、价格便宜等优点收到了大量的研究，但是目前的研究主要利用金属作为微带天线的辐射体，由于金属本身柔性差，使得目前微带天线传感器主要检测平面金属结构的裂缝，同时由于金属的抗腐蚀性差、易氧化等缺点使其难以在恶劣环境下长时间稳定的工作，这些问题极大的限制了利用微微带天线传感器进行金属裂缝的检测。

石墨烯是由sp²杂化碳原子由共价键连接而形成的二维材料，以其独特的物理化学性能受到了广泛的关注和研究。由石墨烯堆叠组装而形成的宏观石墨烯膜，不仅保留了石墨烯的优异性能，例如良好的柔韧性，极高的导电、导热性、抗腐蚀性强、硬度高等，其极高的导电性使其可以代替金属作为天线的辐射体，良好的柔韧性使其可以很方便进行共形，而抗腐蚀性强、硬度高使其可以在恶劣环境长期稳定的工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供基于宏观石墨烯共形微带天线金属裂纹探测器和探测方法，能够实时检测复杂曲面金属结构上的裂缝。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

基于宏观石墨烯共形微带天线金属裂纹探测器，包括宏观石墨烯膜和柔性介质基底；

所述宏观石墨烯膜设置于柔性介质基底上表面，所述宏观石墨烯膜与柔性介质基底组成宏观石墨烯共形微带天线，所述柔性介质基底下表面粘贴在待测金属结构外表面上；所述宏观石墨烯共形微带天线外接有线检测装置，所述有线检测装置用于检测宏观石墨烯共形微带天线的谐振频率，并根据频率数据得到裂纹的长度和方向。

进一步的，所述有线检测装置包括矢量网络分析仪和电脑终端，所述矢量网络分析仪与宏观石墨烯共形微带天线连接，所述矢量网络分析仪用于向宏观石墨烯共形微带天线进行馈电，并接收宏观石墨烯共形微带天线传输来的谐振频率，并将谐振频率数据传输给电脑终端，所述电脑终端用于处理谐振频率数据得到裂缝的长度和方向。

进一步的，所述宏观石墨烯共形微带天线上设置有SMA接头，所述矢量网络分析仪通过同轴线与SMA接头连接。

进一步的，所述宏观石墨烯膜的厚度为10-50μm，杨氏模量为0.1-20GPa，电导率10⁴-10⁶S/m。

基于宏观石墨烯共形微带天线金属裂纹探测方法，包括以下步骤：