[发明专利]一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法

说明书

一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，先在增强纤维表面均匀分布并固定量子点，形成量子点界面层；将具有量子点界面层的增强纤维与基质结合制备具有量子点界面层的纤维增强复合材料；通过具有光致发光光谱检测功能的仪器，扫描获得具有量子点界面层的纤维增强复合材料不同位置的光致发光光谱，确定出基准光谱区域；当具有量子点界面层的纤维增强复合材料发生界面损伤，再次通过具有光致发光光谱检测功能的仪器扫描，检测得到损伤位置的光致发光光谱，从而确定了发生界面损伤的位置；并且损伤位置的光致发光光谱、基准光谱区域的偏移程度与界面损伤程度成正比；本发明可实现对纤维增强复合材料界面处细微损伤的检测，且不影响纤维增强复合材料本身机械性能，具有操作简单，检测准确度高、成本低适用性广的优点。

技术领域

本发明属于纤维增强复合材料的界面损伤检测技术领域，特别涉及一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法。

背景技术

与金属材料相比，纤维增强复合材料具有刚度和强度高、比重小、疲劳和断裂韧性好等综合优点，因此在航空航天工业、汽车应用和体育用品等领域得到了广泛的应用。也正因为其复合结构的特点，在应用过程中内部发生一些微小损伤时往往不易被发现和阻止，从而不断累积、扩大，导致设备发生故障和不可挽回的破坏。而经过统计证明，纤维增强复合材料的损伤几乎都是从界面处纤维和基体的脱粘及细微损伤开始的。因此，需要一种能够及时检测出纤维增强复合材料界面处的损伤位置和损伤程度的方法，以及时阻止复合材料损伤的进一步扩展。

目前，传统及较为成熟的纤维增强复合材料界面的损伤检测方法主要包括：超声扫描、X射线、CT扫描、在复合材料中嵌入电信号传感器或光纤传感器、在纤维表面沉积碳纳米管等形成导电网络等。其中，超声扫描、X射线、CT扫描等方法存在不能定位到纤维增强复合材料界面处的初始损伤位置的缺点，当发现复合材料的损伤时可能已经严重不可挽救；而在复合材料中嵌入电信号传感器或光纤传感器、在纤维表面沉积碳纳米管等形成导电网络等方法会影响纤维增强复合材料本身机械性能，基于这些方法的复合材料不能发挥其本身比刚度和比强度高、比重小优势。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，通过将量子点引入纤维增强复合材料界面，利用量子点的光致发光波长与量子点所受应力的关系，表征了纤维增强复合材料界面损伤位置和损伤程度，且不影响复合材料的机械性能，具有操作简单，检测准确度高、成本低适用性广的优点。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于量子点的纤维增强复合材料界面损伤检测方法，具体操作步骤如下：

第一步：在增强纤维4表面均匀分布并固定量子点3，形成量子点界面层2；

第二步：将第一步中形成量子点界面层2的增强纤维4与基质1合成具有量子点界面层2的纤维增强复合材料；

第三步：将第二步合成的具有量子点界面层2的纤维增强复合材料置于具有光致发光光谱检测功能的仪器下扫描，得到纤维增强复合材料不同位置的光致发光光谱，通过不同位置光致发光光谱的波长范围，确定基准光谱区域5；

第四步：将待检测的具有量子点界面层2的纤维增强复合材料置于具有光致发光光谱检测功能的仪器下扫描检测，得到光致发光光谱，将其与第三步确定出的基准光谱区域5比对，判断是否有界面损伤、发生界面损伤的位置及界面损伤程度。

所述的第一步中量子点3为包括但不限于CdSe量子点、CdTe量子点、钙钛矿量子点，优选使用CdTe量子点。

所述的第一步中量子点3的直径为3.5-7nm。

所述的第一步中增强纤维4包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维，优选使用碳纤维。