一种碳纳米管激光超声增强层材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳纳米管激光超声增强层材料的制备方法，该方法包括以下步骤：将改性碳纳米管与无水酒精混合，获得第一混合液；将所述第一混合液与聚二甲苯基硅氧烷混合，获得第二混合液；将所述第二混合液用磁力搅拌机进行搅拌，用超声波振荡仪超声分散、静置、抽取气泡后获得碳纳米管激光超声增强层材料。本发明在铁路铁轨车轮的激光无损检测中具有重大作用；是高强度激光超声非接触式无损检测和核心技术的重要组成部分；对在线式非接触无损探伤的实现具有重要意义。同时，本发明还有效的防止了试样表面被烧蚀损坏，起到保护被测工件的作用。
【专利说明】
一种碳纳米管激光超声増强层材料的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及激光超声领域和纳米新材料的交叉领域，具体涉及到一种碳纳米管复合光声增强膜材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳纳米管(Carbonnanotube)以其极高的横纵和超强的机械性能以及优异的传热导电能力成为极具潜力的一维材料。碳纳米管具有良好的力学性能，其中碳纳米管优异的吸光能力和导电能力使得其对激光超声增强有着很好的帮助。
[0003]激光超声检测技术是利用激光脉冲照射样品表面，激发出超声波，并利用光学方法对超声波进行检测，从而实现对样品进行无损检测的一种方法。它随着现代科技和工业的发展，应用范围越来越广。但是以往进行激光超声无损检测的时候，由于热弹激发超声信号太微弱，通过烧蚀效应激发超声能力大大提高激发强度，然而对于待检测工件表面有一定损害。一般情况下，在检测时是通过在待检测工件表面喷一层水或者滴一滴油可以有效避免工件表面被损坏而且还能一定程度提高激发超声的强度，这种技术叫做牺牲层技术。此技术虽然不损伤微结构件，但是这种方式激发超声的强度还无法达到非接触式激光超声无损检测的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是制作一种碳纳米管激光超声增强层材料，使其提高激发超声的幅度。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种碳纳米激光超声增强层材料的制备方法:
[0006]将所述改性碳纳米管与无水酒精混合，将二者的比例规定在1:1-1:3之间，搅拌均匀，让改性残纳米管充分浸润在甲苯溶剂中。
[0007]将所述改性碳纳米管与无水酒精混合物与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合，二者比例在1:10-1:20之间，两者混合后用磁力搅拌机将该碳纳米管混合液搅拌10分钟，然后用超声振荡仪超声分散4-6分钟，静置4-5个小时，然后再用超声波振荡仪超声分散4-6分钟。
[0008]将所述混合液静置一小时后放在真空干燥箱内静置抽取出液体中所带气泡。静置抽取气泡。静置抽取气泡的时间要大于等于2个小时，得到碳纳米管光声转换层材料。
[0009]将所述碳纳米管光声转换层材料均匀涂覆在金属试样表面，涂覆的厚度为ΙΟΟμπι-500ymo
[0010]与现有的技术相比，本发明具有以下优点:
[0011]本发明相比在钢式样表面直接激发超声，添加了碳纳米管光声增强层材料后，激发激光超声的声场发生了明显改变。以上方式利于检测过程和结果，因为实际检测主要利用的是纵波，声场能量越多向纵波集中，垂直向下的纵波使得接收探头的位置确定，同时能够减少部分能量损失。
[0012]本发明的存在提高了激发超声的幅度在非接触式激光超声系统中，激发超声能量的提高使得整个激光超声系统抗噪声的能力提高了，降低了后期信号处理的难度。
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例提供的一种碳纳米管激光超声增强层材料的制备方法流程图；
[0014]图2为本发明实施例利用透射法接收激光超声实验示意图；
[0015]图3为本发明用于车轮探伤实验示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0017]图1为本发明实施例提供的一种碳纳米管激光超声增强层材料的制备方法流程图。如图1所示，该制备方法包括步骤S11-S103:
[0018]在步骤SlOl，将所述改性碳纳米管与无水酒精混合，获得第一混合液；
[0019]具体地，将改性碳纳米管与无水酒精混合，将二者的比例规定在1:1-1:3之间，搅拌均匀，让改性残纳米管充分浸润在甲苯溶剂中。
[0020]在步骤S102，将所述第一混合液与聚二甲苯基硅氧烷混合，获得第二混合液；
[0021 ]具体的，第一混合液与所述聚二甲苯基硅氧烷的比例为1:10-1:20。
[0022]在步骤S103，将所述第二混合液用磁力搅拌机进行搅拌，用超声波振荡仪超声分散、静置、抽取气泡后获得碳纳米管激光超声增强层材料；
[0023]具体的，将第二混合液用磁力搅拌机搅拌10分钟，用超声波振荡仪超声分散4-6分钟、静置4-5个小时、再次用超声波振荡仪超声分散4-6分钟、静置I小时后将其放在真空干燥箱内，抽取气泡后获得碳纳米管激光超声增强层材料。
[0024]图2为本发明实施例利用透射法接收激光超声实验示意图。如图2所示，激光器的光脉冲能量为400兆焦(MJ)，激光器的脉冲重复频率为10赫兹(HZ)。在试块表面涂覆一层上述所制备的光声增强层材料，喷敷的厚度在大约100μπι-500μπι。激光直接打在光声增强层材料上激发超声信号，在试块背面用涂上一层超声耦合剂然后用超声纵波探头接收超声，检测到接收信号的峰峰值是60.6伏特(V)。
[0025]所述过程与钢块表面直接接受激光超声实验进行对比，详细描述为:激光器的光脉冲能量为400兆焦(MJ)，激光器的脉冲重复频率为10赫兹(HZ)。在试块表面不涂覆一层上述所制备的光声增强层材料。激光在刚试样表面直接激发超声，检测到接收信号的峰峰值是2.2伏特(V)。
[0026]在透射法接收激光超声实验中添加本发明后激发超声的幅度比钢块表面直接激发超声的幅度高30倍。通过上述实验比较，验证了光声增强层材料对增加激光超声幅度的有效性和实用性。
[0027]图3为本发明用于车轮探伤实验示意图。如图3所示，根据本发明的一种实现方法和具体应用在车轮探伤实中，具体描述为:首先，制备该碳纳米管光声增强膜材料，制备方法如上所述。然后将该光声增强膜材料喷涂在车轮踏面上，喷覆的厚度为ΙΟΟμπι-δΟΟμπι，然后用脉冲激光器发射激光打在车轮表面，通过空气耦合超声换能器接收激光激发并在试块中遇到缺陷反射回来的超声，空气耦合超声换能器与车轮踏面之间的距离为2-6厘米(cm)。
[0028]其中，上述所述的空气耦合探头接受激光激发超声结果与车轮的人工缺陷的大小和深度有关，对于深度为3厘米(cm)，边长为2厘米(cm)的方孔，接收的超声信号经过放大电路40分贝(dB)放大之后。接收到信号在示波器上观测为1.5-1.7伏特(V)。
[0029]本发明实施例在当激光器单个脉冲能量较高时，光声增强层材料的存在能有效防止试样表面被烧蚀损毁，保护被测工件。而这种碳纳米管激光超声光声增强层材料相比激光器发射的激光直接打在钢板试样表面的情况，添加了光声增强层材料的激发超声的幅度与之相比提高了 20-30倍。大大提高了激光激发超声的幅度和激光转换为超声的光声转换效率。
[0030]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种碳纳米管激光超声增强层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 将改性碳纳米管与无水酒精混合，获得第一混合液； 将所述第一混合液与聚二甲苯基硅氧烷混合，获得第二混合液； 将所述第二混合液用磁力搅拌机进行搅拌，用超声波振荡仪超声分散、静置、抽取气泡后获得碳纳米管激光超声增强层材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述改性碳纳米管与无水酒精的比例在1:1-1:3。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述第一混合液与所述聚二甲苯基硅氧烧的比例为I: 10-1:20。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:将所述第二混合液用磁力搅拌机搅拌10分钟，用超声波振荡仪超声分散4-6分钟、静置4-5个小时、抽取气泡后获得碳纳米管激光超声增强层材料。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述抽取气泡步骤为:在所述第二混合液静置I小时后，将其放在真空干燥箱内静置抽取所述第二混合液中所带气泡。6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，抽取所述第二混合液中所带气泡的时间大于等于2小时。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述第二混合液静置步骤之后，抽取气泡步骤之间还包括步骤: 再次用超声波振荡仪超声分散4-6分钟，在所述第二混合液静置I小时后，将其放在真空干燥箱内静置抽取所述第二混合液中所带气泡。
【文档编号】G01N21/17GK105910989SQ201610219421
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】邓坤伦, 李红浪, 孙勇, 赵宇, 赵一宇, 卢孜筱, 田亚会, 柯亚兵
【申请人】中国科学院声学研究所