一種碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料的制備方法，該方法包括以下步驟：將改性碳納米管與無水酒精混合，獲得第一混合液；將所述第一混合液與聚二甲苯基硅氧烷混合，獲得第二混合液；將所述第二混合液用磁力攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，用超聲波振蕩儀超聲分散、靜置、抽取氣泡后獲得碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料。本發(fā)明在鐵路鐵軌車輪的激光無損檢測中具有重大作用；是高強(qiáng)度激光超聲非接觸式無損檢測和核心技術(shù)的重要組成部分；對在線式非接觸無損探傷的實現(xiàn)具有重要意義。同時，本發(fā)明還有效的防止了試樣表面被燒蝕損壞，起到保護(hù)被測工件的作用。
【專利說明】
一種碳納米管激光超聲増強(qiáng)層材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及激光超聲領(lǐng)域和納米新材料的交叉領(lǐng)域，具體涉及到一種碳納米管復(fù)合光聲增強(qiáng)膜材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管(Carbonnanotube)以其極高的橫縱和超強(qiáng)的機(jī)械性能以及優(yōu)異的傳熱導(dǎo)電能力成為極具潛力的一維材料。碳納米管具有良好的力學(xué)性能，其中碳納米管優(yōu)異的吸光能力和導(dǎo)電能力使得其對激光超聲增強(qiáng)有著很好的幫助。
[0003]激光超聲檢測技術(shù)是利用激光脈沖照射樣品表面，激發(fā)出超聲波，并利用光學(xué)方法對超聲波進(jìn)行檢測，從而實現(xiàn)對樣品進(jìn)行無損檢測的一種方法。它隨著現(xiàn)代科技和工業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越廣。但是以往進(jìn)行激光超聲無損檢測的時候，由于熱彈激發(fā)超聲信號太微弱，通過燒蝕效應(yīng)激發(fā)超聲能力大大提高激發(fā)強(qiáng)度，然而對于待檢測工件表面有一定損害。一般情況下，在檢測時是通過在待檢測工件表面噴一層水或者滴一滴油可以有效避免工件表面被損壞而且還能一定程度提高激發(fā)超聲的強(qiáng)度，這種技術(shù)叫做犧牲層技術(shù)。此技術(shù)雖然不損傷微結(jié)構(gòu)件，但是這種方式激發(fā)超聲的強(qiáng)度還無法達(dá)到非接觸式激光超聲無損檢測的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是制作一種碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料，使其提高激發(fā)超聲的幅度。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種碳納米激光超聲增強(qiáng)層材料的制備方法:
[0006]將所述改性碳納米管與無水酒精混合，將二者的比例規(guī)定在1:1-1:3之間，攪拌均勻，讓改性殘納米管充分浸潤在甲苯溶劑中。
[0007]將所述改性碳納米管與無水酒精混合物與聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合，二者比例在1:10-1:20之間，兩者混合后用磁力攪拌機(jī)將該碳納米管混合液攪拌10分鐘，然后用超聲振蕩儀超聲分散4-6分鐘，靜置4-5個小時，然后再用超聲波振蕩儀超聲分散4-6分鐘。
[0008]將所述混合液靜置一小時后放在真空干燥箱內(nèi)靜置抽取出液體中所帶氣泡。靜置抽取氣泡。靜置抽取氣泡的時間要大于等于2個小時，得到碳納米管光聲轉(zhuǎn)換層材料。
[0009]將所述碳納米管光聲轉(zhuǎn)換層材料均勻涂覆在金屬試樣表面，涂覆的厚度為ΙΟΟμπι-500ymo
[0010]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0011]本發(fā)明相比在鋼式樣表面直接激發(fā)超聲，添加了碳納米管光聲增強(qiáng)層材料后，激發(fā)激光超聲的聲場發(fā)生了明顯改變。以上方式利于檢測過程和結(jié)果，因為實際檢測主要利用的是縱波，聲場能量越多向縱波集中，垂直向下的縱波使得接收探頭的位置確定，同時能夠減少部分能量損失。
[0012]本發(fā)明的存在提高了激發(fā)超聲的幅度在非接觸式激光超聲系統(tǒng)中，激發(fā)超聲能量的提高使得整個激光超聲系統(tǒng)抗噪聲的能力提高了，降低了后期信號處理的難度。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料的制備方法流程圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實施例利用透射法接收激光超聲實驗示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明用于車輪探傷實驗示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料的制備方法流程圖。如圖1所示，該制備方法包括步驟S11-S103:
[0018]在步驟SlOl，將所述改性碳納米管與無水酒精混合，獲得第一混合液；
[0019]具體地，將改性碳納米管與無水酒精混合，將二者的比例規(guī)定在1:1-1:3之間，攪拌均勻，讓改性殘納米管充分浸潤在甲苯溶劑中。
[0020]在步驟S102，將所述第一混合液與聚二甲苯基硅氧烷混合，獲得第二混合液；
[0021 ]具體的，第一混合液與所述聚二甲苯基硅氧烷的比例為1:10-1:20。
[0022]在步驟S103，將所述第二混合液用磁力攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，用超聲波振蕩儀超聲分散、靜置、抽取氣泡后獲得碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料；
[0023]具體的，將第二混合液用磁力攪拌機(jī)攪拌10分鐘，用超聲波振蕩儀超聲分散4-6分鐘、靜置4-5個小時、再次用超聲波振蕩儀超聲分散4-6分鐘、靜置I小時后將其放在真空干燥箱內(nèi)，抽取氣泡后獲得碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料。
[0024]圖2為本發(fā)明實施例利用透射法接收激光超聲實驗示意圖。如圖2所示，激光器的光脈沖能量為400兆焦(MJ)，激光器的脈沖重復(fù)頻率為10赫茲(HZ)。在試塊表面涂覆一層上述所制備的光聲增強(qiáng)層材料，噴敷的厚度在大約100μπι-500μπι。激光直接打在光聲增強(qiáng)層材料上激發(fā)超聲信號，在試塊背面用涂上一層超聲耦合劑然后用超聲縱波探頭接收超聲，檢測到接收信號的峰峰值是60.6伏特(V)。
[0025]所述過程與鋼塊表面直接接受激光超聲實驗進(jìn)行對比，詳細(xì)描述為:激光器的光脈沖能量為400兆焦(MJ)，激光器的脈沖重復(fù)頻率為10赫茲(HZ)。在試塊表面不涂覆一層上述所制備的光聲增強(qiáng)層材料。激光在剛試樣表面直接激發(fā)超聲，檢測到接收信號的峰峰值是2.2伏特(V)。
[0026]在透射法接收激光超聲實驗中添加本發(fā)明后激發(fā)超聲的幅度比鋼塊表面直接激發(fā)超聲的幅度高30倍。通過上述實驗比較，驗證了光聲增強(qiáng)層材料對增加激光超聲幅度的有效性和實用性。
[0027]圖3為本發(fā)明用于車輪探傷實驗示意圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的一種實現(xiàn)方法和具體應(yīng)用在車輪探傷實中，具體描述為:首先，制備該碳納米管光聲增強(qiáng)膜材料，制備方法如上所述。然后將該光聲增強(qiáng)膜材料噴涂在車輪踏面上，噴覆的厚度為ΙΟΟμπι-δΟΟμπι，然后用脈沖激光器發(fā)射激光打在車輪表面，通過空氣耦合超聲換能器接收激光激發(fā)并在試塊中遇到缺陷反射回來的超聲，空氣耦合超聲換能器與車輪踏面之間的距離為2-6厘米(cm)。
[0028]其中，上述所述的空氣耦合探頭接受激光激發(fā)超聲結(jié)果與車輪的人工缺陷的大小和深度有關(guān)，對于深度為3厘米(cm)，邊長為2厘米(cm)的方孔，接收的超聲信號經(jīng)過放大電路40分貝(dB)放大之后。接收到信號在示波器上觀測為1.5-1.7伏特(V)。
[0029]本發(fā)明實施例在當(dāng)激光器單個脈沖能量較高時，光聲增強(qiáng)層材料的存在能有效防止試樣表面被燒蝕損毀，保護(hù)被測工件。而這種碳納米管激光超聲光聲增強(qiáng)層材料相比激光器發(fā)射的激光直接打在鋼板試樣表面的情況，添加了光聲增強(qiáng)層材料的激發(fā)超聲的幅度與之相比提高了 20-30倍。大大提高了激光激發(fā)超聲的幅度和激光轉(zhuǎn)換為超聲的光聲轉(zhuǎn)換效率。
[0030]最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種碳納米管激光超聲增強(qiáng)層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將改性碳納米管與無水酒精混合，獲得第一混合液； 將所述第一混合液與聚二甲苯基硅氧烷混合，獲得第二混合液； 將所述第二混合液用磁力攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，用超聲波振蕩儀超聲分散、靜置、抽取氣泡后獲得碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述改性碳納米管與無水酒精的比例在1:1-1:3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述第一混合液與所述聚二甲苯基硅氧燒的比例為I: 10-1:20。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:將所述第二混合液用磁力攪拌機(jī)攪拌10分鐘，用超聲波振蕩儀超聲分散4-6分鐘、靜置4-5個小時、抽取氣泡后獲得碳納米管激光超聲增強(qiáng)層材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述抽取氣泡步驟為:在所述第二混合液靜置I小時后，將其放在真空干燥箱內(nèi)靜置抽取所述第二混合液中所帶氣泡。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的制備方法，其特征在于，抽取所述第二混合液中所帶氣泡的時間大于等于2小時。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述第二混合液靜置步驟之后，抽取氣泡步驟之間還包括步驟: 再次用超聲波振蕩儀超聲分散4-6分鐘，在所述第二混合液靜置I小時后，將其放在真空干燥箱內(nèi)靜置抽取所述第二混合液中所帶氣泡。
【文檔編號】G01N21/17GK105910989SQ201610219421
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】鄧?yán)? 李紅浪, 孫勇, 趙宇, 趙一宇, 盧孜筱, 田亞會, 柯亞兵
【申請人】中國科學(xué)院聲學(xué)研究所