Riassunto analitico
Negli ultimi anni i sensori a nanotubi di carbonio (CNT) sono diventati di interesse in ambito scientifico, ad esempio ritroviamo infatti applicazioni di tali strumenti in campo di monitoraggio strutturale dei “pneumatici intelligenti” per la misurazione di diversi parametri (quali pressione, carico normale, sforzi e deformazioni). Tali sensori sono costituiti da un rinforzo di CNTs e una matrice polimerica: i CNTs conferiscono ottime proprietà meccaniche ed elettriche alla matrice del composito ed in particolare la proprietà principale risulta essere la piezoresistività, la quale rende questi materiali adatti all’ambito dei sensori.
Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di sviluppare una metodologia numerica per la misura delle proprietà meccaniche, elettriche e piezoresistive del materiale composito polimero-CNTs. La metodologia sviluppata si serve delle tecniche di omogeneizzazione: a partire dalla definizione di un volume rappresentativo di materiale (RVE), si sono sviluppati modelli ad elementi finiti per simulare il comportamento meccanico ed elettrico del materiale in analisi, alla quale applicare deformazioni o differenze di potenziale per il calcolo delle proprietà di nostro interesse. L’RVE è stato creato partendo da un codice MATLAB in grado di generare CNTs disposti in maniera randomica, ricevendo come input la frazione in volume dei nanotubi ed i parametri geometrici del composito. La metodologia sviluppata è in grado di predire con errori ridotti la risposta di tale materiale in campo meccanico ed elettrico: confrontando i nostri risultati con quelli presenti in letteratura si è ottenuto un errore sul modulo di Young del 1,45 % e il valore di conducibilità ottenuto rientra nell’intervallo di valori indicato negli articoli di riferimento. Tale metodologia, inoltre, può essere applicata in caso di diverse caratteristiche del materiale, quali orientazione e dimensioni delle fibre, nonché ad altri materiali compositi con diverse matrici o fibre.
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