Met koolstofvezel versterkte polymeercomposietstructuren spelen een steeds belangrijkere rol in de lucht- en ruimtevaart, infrastructuur, energieopwekking, en vervoer. Nog, het elektrisch gedrag van een composiet is een uitdaging om te meten of te voorspellen vanwege de elektrische geleidbaarheid van de samenstellende koolstofvezels en de complexe hiërarchische microstructuur van het composiet.

In Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign rapporteren de eerste directe meting van de transversale elektrische weerstand van een enkele koolstofvezel. De onderzoekers combineerden een nauwkeurige monstervoorbereiding met een techniek genaamd de van der Pauw-methode om deze uitdagende meting te volbrengen.

"Onze experimenten bevestigen dat de elektrische eigenschappen gemeten dwars op een koolstofvezel niet dezelfde zijn als de eigenschappen gemeten over de lengte van de vezel, ", zegt co-auteur Nancy Sottos.

Wanneer koolstofvezels worden gemaakt, de sterke koolstof-koolstof covalente bindingen zijn uitgelijnd in vlakken evenwijdig aan de vezelas in de lengterichting. Er bestaan ​​alleen zwakke van der Waals-bindingen tussen de vlakken in de dwarsrichting, leidend tot richtingsafhankelijke eigenschappen.

De onderzoekers gebruikten een techniek die bekend staat als de van der Pauw-methode om de soortelijke weerstand in de dwarsrichting van een koolstofvezel nauwkeurig te meten. De weerstandsmetingen werden uitgevoerd op een plakje koolstofvezel gesneden met behulp van een gefocusseerde ionenstraal en verbonden met elektroden voor elektrische weerstandsmetingen.

"Onze resultaten laten zien dat een IM7-koolstofvezel meer elektrisch geleidend is in de richting evenwijdig aan de lengte, ", aldus co-auteur Satoshi Matsuo.

Eerder, de van der Pauw-methode werd voornamelijk gebruikt om de soortelijke weerstand van dunne films of schijven te meten. De onderzoekers sneden en manipuleerden een stuk koolstofvezel met behulp van een gefocusseerde ionenstraal en een naald, een hulpmiddel dat vaker wordt gebruikt om transmissie-elektronenmicroscopiemonsters voor te bereiden.

De onderzoekers werken nu aan elektrische contactweerstandsmetingen tussen twee koolstofvezels. De elektrische contactweerstand is afhankelijk van de elektrische weerstand en het contactoppervlak, die ook varieert afhankelijk van de hoek waaronder de twee vezels elkaar kruisen.

Volgende, ze zijn van plan om de transversale elektrische weerstandsmetingen te onderzoeken op verschillende soorten koolstofvezels met variërende meetomstandigheden zoals de omgevingstemperatuur.

"Deze procedure kan ook worden toegepast op andere homogene geleidende vezelachtige materialen met een diameter in de orde van microns, zoals geleidende polymeervezel of metaalvezel, ' zei Sotos.