Полимерная фасадная доска: Фасадная доска из ДПК: купить вентилируемые фасады из древесно-полимерного композита по низкой цене в Москве

3.2. Общее сравнение скоростей горения

Скорость горения полиуретана для каждого угла в значительной степени зависит от теплопередачи от пламени.Сравнивая данные для = 60 ° (η = 34,10%) и ϑ = 90 ° (η = 31,78%), два параллельных пламени, очевидно, влияют друг на друга в разной степени, поскольку угол изменяется как радиационным, так и конвективным теплопереносом. При уменьшении угла радиационная тепловая обратная связь усиливается. Однако повышенное вовлечение холодного воздуха в факел пламени в зазоре между фасадами (из-за эффекта дымохода) с уменьшением угла может охладить зону горения, что приведет к снижению скорости горения.

С увеличенным углом, например ϑ = 120 ° (η = 33.20%), это еще больше снизило теплопередачу от противоположного пламени даже при наличии достаточного притока воздуха, что привело к ослаблению горения по сравнению с более узкой фасадной конструкцией. Выше определенного угла эффект взаимного усиления был значительно снижен и стал незначительным, снижение интенсивности горения, например, произошло при 150 ° (η = 40,48%) и 180 ° (η = 51,52%).

3.3. Вариации высоты пламени и фронта пламени

qr ″ = qrs ″ + qra ″

(1)

qrs ″ = εσ (TS4 − Ta4) Fs

(2)

q ″ ra∼Qracosα4πR2sinϑ.

(3)

Приблизительное значение qra ″ можно получить из уравнения (3), где Qra – это полный тепловой поток, передаваемый на соседний фасад, а R – длина от очага пожара до зоны горения на противоположном соседнем фасаде. α – приблизительный угол излучения между противоположным пламенем и зоной пиролиза плиты.Основываясь на динамике пожара, можно предположить, что излучение пламени излучается в виде сферической формы из геометрического центра. Из-за относительно небольшой ширины панели PUR, лучистый тепловой поток в этой точке можно считать равным среднему потоку, полученному от противоположного пламени. Согласно уравнению (1), с уменьшением ϑ, мощность излучения пламени увеличивается. Если прилегающий угол равен ϑ = 180 °, фасады параллельны друг другу и qra ″ будет низким. Напротив, при ϑ = 90 ° тепловой поток между соседними фасадами будет максимальным, и взаимные источники возгорания будут воздействовать друг на друга в максимальной степени.

По мере увеличения угла прилегающего фасада эффект дымохода уменьшается, а высота пламени падает. Таким образом, когда ϑ = ϑc при значении приблизительно 90 °, достигаются максимальная скорость горения и высота пламени. В случае, когда ϑ> ϑc, оба эффекта излучения и дымохода значительно уменьшаются, в то время как эффект ограничения также ослабляется, так что высота пламени немного уменьшается. Следовательно, высота пламени сначала увеличивается, а затем падает с увеличением угла прилегающего фасада.

τsu∞v2 / 3 = m˙t ″ D2 / 3ln (1 + B)

(4)

τs = μ (∂u∂y + ∂v∂x).

(5)

B = (ΔHcfY∞ + CpgΔT) / (L + CpsΔTs).

(6)

Следовательно, скорость массообмена положительно коррелирует с τs , , эффект которых очевиден при горении твердого тела из-за дополнительного индуцированного воздействия.Перевернутый фронт пламени “W” объясняется тремя эффектами. Во-первых, размер пламени будет больше на сторонах образца, чем в центре доски. Во-вторых, увлечение сдвигом с боковых сторон увеличит скорость распространения пламени в этих местах. Наконец, когда высота пламени и температура достигнут своих максимальных значений в центре соседней доски, скорость горения будет увеличиваться. На более поздней стадии горения из-за усиленного горения на сторонах плиты под действием τs скорость распространения по сторонам станет значительно выше, так что образуется перевернутая “V” форма.

Θ ~ arcsin (qδ ″ + qp ″ ρVf [c (Tp − T∞)])

(7)

3.4. Скорость распространения пламени

Vf = 1ρc⋅wd (Tp − T∞) ∫0p + δ (qcd + qr + qcv) dx

(8)

Vf, толщиной ∼λgρgcg (Tf − Tv) 2λsρscs (Tv − T∞) 2

(9)

По мере того, как прилегающий угол или расстояние между двумя досками уменьшаются, эффект стопки становится заметным, так что увлечение воздуха вверх усиливается.В результате эффекта охлаждения холодным воздухом конвективная теплопередача снижается, хотя эффект этого механизма теплопередачи минимален в случае узкой плиты. Только при увеличении ширины образца ослабляющий эффект конвективной тепловой обратной связи будет иметь существенное влияние на распространение пламени.

Значение qcd для пенополиуретана составляет приблизительно 0,03 Вт / (м⋅к), что влияет на характеристики распространения пламени в большей степени, чем длина предварительного нагрева δ. Из-за увеличения обратной связи по радиационному теплу, когда температура поверхности всей плиты достаточно высока, характеристики распространения пламени одной плиты и двух соседних плит становятся совершенно разными, особенно в более поздний период.Начальная температура несгоревшей области значительно повышается, поэтому подвод тепла, необходимого для испарения и воспламенения, уменьшается. Этот эффект может увеличить глубину, на которую проникает теплопроводное тепло от фронта пламени, что приведет к увеличению зоны предварительного нагрева.

Элегантная и универсальная деревянная фасадная доска для разнообразного использования Вдохновляющие коллекции

Обширная коллекция. Деревянная фасадная доска на Алибабе.com предоставляет прекрасные решения и удобство для многих людей. Файл. Деревянная фасадная плита имеет множество дизайнов, материалов, форм и размеров и применима практически во всех областях, о которых может подумать каждый. Среди них есть те, которые идеально подходят для катания на скейтборде, строительных работ, приготовления пищи и других видов использования в соответствии с потребностями покупателей. Это гарантирует, что каждый покупатель найдет для себя то, что нужно. деревянная фасадная плита для их желаемого использования.

Материалы, которые производители используют при их изготовлении.Деревянная фасадная плита отличается удивительной прочностью. Они обладают непревзойденной стабильностью и впечатляющей устойчивостью к механическим силам и ударам. Они также выдерживают влагу и химические вещества, которые могут вызвать их порчу. Эти. Деревянная фасадная плита предлагает непревзойденное соотношение прочности и веса, что позволяет им выдерживать большие нагрузки без повреждений. Это делает эти. Деревянная фасадная плита удивительно долговечна и обладает великолепными характеристиками, поэтому она идеальна для многих областей применения, начиная от дома, на производстве и в офисе.

Все. Деревянная фасадная плита , представленная на Alibaba.com, обладает безупречным качеством. Они производятся и поставляются проверенными брендами и надежными производителями, которые соответствуют всем нормативным требованиям и рекомендациям по безопасности, регулирующим отрасли, в которых они используются. Деревянная фасадная плита – это высочайшее качество исполнения, благодаря которому они элегантны как на вид, так и в работе. Эти. Деревянная фасадная плита проста в работе и требует минимальной технической поддержки для полной загрузки.

На Alibaba.com все покупатели найдут нужное. Деревянная фасадная плита вариантов для них, так как они представлены в обширном ассортименте .. Деревянная фасадная плита оптовики могут воспользоваться аппетитными предложениями на веб-сайте и предложить широкий ассортимент товаров со скидками. Долговечность и полезность этих предметов делают их достойными каждой монеты на их ценниках.

Панели фасции: полное руководство по внешней отделке

Приблизительное время прочтения: 6 минут

Наружная отделка – один из важнейших завершающих элементов дизайна при облицовке дома сайдингом.Когда вы планируете отделку и определяете ее цвет, расположение и влияние на остальную часть фасада, также важно не упускать из виду облицовочную доску и то влияние, которое она может оказать на ваш дизайн.

Fascia могут играть небольшую роль в общем внешнем виде дома, но они по-прежнему важны для функциональности и стиля законченного экстерьера. Убедитесь, что вы понимаете все, что нужно знать о лицевых панелях, чтобы вы могли более эффективно использовать их в дизайне экстерьера.

Что такое фасции?

Фасция – это особый вид отделки, которая устанавливается чуть ниже линии крыши. Он помогает покрыть потолок и придает более законченный вид крыше и карнизу дома. Эти доски могут различаться по ширине, но, как правило, представляют собой немного более широкую или более толстую версию той же отделки, которая используется в остальной части дома. Обычно он окрашен в тот же цвет или имеет ту же отделку, что и другая отделка, чтобы дом мог иметь более целостный дизайн или внешний вид.

Для чего нужны фасции?

Помимо внешнего вида, облицовка действительно поддерживает линию крыши дома. Панели фасции изготовлены из структурно прочной древесины, которая помогает поддерживать желоб, а также потолок, установленный сразу за ним. Лицевая панель поддерживает эти части дома и дает возможность прикрепить плитку водосточного желоба. Это также дает обшивке крыши и кровле что-то, к чему можно прилегать, обеспечивая при этом непроницаемую для погодных условий зону.

Облицовке требуется прочность, чтобы выдерживать вес не только потолка. Но также он должен выдерживать вес желобов, когда они заполнены дождем. Вот почему эта отделка обычно немного больше или толще, чем отделка, используемая в других местах дома. И почему так важно выбрать прочный и долговечный материал для облицовочной доски. Быть уверенным, что он выдержит долгое время, независимо от климата или элементов, которым он подвергается.

Прямо под линией крыши устанавливаются отводные панели.Доска отлива служит для предотвращения попадания влаги по краю кровельного материала под облицовочные плиты, что создает условия для возникновения гнили. Облицовка кромки оттока перемещает дождевую воду от кромок крыши к поверхности материала кромки отвода воды и на поверхность облицовки.

Что еще нужно учитывать при выборе фасадных панелей

Как и многие другие материалы для сайдинга и отделки, облицовочные доски могут быть изготовлены из различных материалов с различной текстурой. Во многих случаях он будет соответствовать потолку и отделке, используемым в других местах дома.Так что, если эти материалы сделаны из дерева, облицовка должна быть такой же, чтобы придать дому наиболее целостный вид.

В отличие от остальной обшивки дома, облицовка также будет нести большой вес. По этой причине важно выбрать материал для обшивки и облицовки, который будет прочным, долговечным, неприхотливым и способным противостоять климатическим условиям.

Из чего сделаны фасадные доски?

Кедр и другие породы древесины, обычно используемые для отделки, часто не выдерживают нагрузок при использовании в качестве отделки, особенно без защиты древесного волокна.Постоянное воздействие тепла, холода и ультрафиолета приводит к разрушению лакокрасочного покрытия, образованию пузырей, шелушению и растрескиванию, обнажая находящуюся под ним древесину. Затем древесина впитает дождевую и снежную воду, что приведет к росту грибков и, в конечном итоге, к гниению, что, в свою очередь, ухудшит внешний вид.

Отделка из винила и ПВХ стала популярной альтернативой дереву. На этот материал не воздействует влага, не трескается или не трескается отделка. Однако с любым типом пластиковой облицовки будут проблемы. Это означает, что он может выйти из строя даже быстрее, чем кедр или другие породы дерева.Виниловая и пластиковая облицовка размягчается от жары. Вес водосточных желобов приведет к деформации фасции. В очень холодном климате материал может стать хрупким. Что означает растрескивание фасции и окончательное повреждение этой области.

Хорошей альтернативой этим материалам является использование обработанной консервантом древесины в качестве облицовки и отделки. Обработанные консервантом и загрунтованные продукты Belco XT Trim помогают противостоять проблемам, ведущим к гниению древесины. Эта обработанная консервантом и загрунтованная деревянная облицовка фасада может оставаться защищенной и выглядеть наилучшим образом в течение длительного времени.Более долговечный, чем другие продукты, с добавлением только грунтовочного слоя на голую древесину, которая устойчива к влаге, без защиты древесного волокна.

5 идей дизайна отделки фасции

Fascia не просто функциональна; он также может быть важной частью готового дизайна дома после окрашивания. Следующие дизайнерские идеи помогут вам представить, как отделка внешней облицовки может сыграть важную роль в готовом стиле.

Декоративная отделка фасада в этом примере многослойная, чтобы создать большую глубину передней части дома.Этот тип дизайна также помогает укрепить область, продлевая ее срок службы.

Эта облицовка полностью обрамляет свес крыши этого небольшого крыльца. В точке перехода между свесом и стойками у линии крыши облицовка привлекает больше внимания к этой зоне.

Дом с красной черепичной крышей и белой штукатуркой. Обрезка фасада темного цвета помогает создать мост между этими двумя цветами и помогает объединить области.В то же время выделяя различные линии крыши, привлекая к ним больше внимания.

Не всякая облицовка панели должна быть слишком большой или выделяться. Эта изящная облицовка панели крыши помогает сделать переход к потолку. Но не привлекает дополнительного внимания к местности.

У этого дома есть несколько разных козырьков крыши, которые отделаны сайдингом разных цветов. Существенная отделка лицевой панели помогает привлечь больше внимания к участкам отделки салона.Помогаем им выделиться и привлечь больше внимания в дизайне.

Получите максимум удовольствия от отделки фасадной доски

Панели фасции важны как для внешнего вида, так и для функциональности дома. Убедитесь, что вы используете правильный тип облицовочной доски, чтобы ваш дом выглядел наилучшим образом. Свяжитесь с Belco Forest Products, чтобы поговорить с экспертом по облицовочным доскам сегодня.

Определение адгезии полимерных клеев, модифицированных силилом, к деревянной облицовке фасадов – пример из практики Научно-исследовательский доклад на тему «Материаловедение»

CrossMark

Доступно на сайте www.sciencedirect.com

ScienceDirect

Разработка процедур 108 (2015) 410 – 418

Инженерные процедуры

www.elsevier.com/locate/procedia

7-я научно-техническая конференция «Материальные проблемы в строительстве» (MATBUD’2015)

Определение адгезии силил-модифицированных полимерных клеев к деревянной фасадной облицовке – пример

Barbora Necasovâa *, Barbora Kovârovâa, Pavel Liskaa, Jiri Slanhof *

Технологический университет Брно, факультет гражданского строительства, Вевери 331/95, Брно 60200, Чешская Республика

Аннотация

в настоящее время очень часто разрабатываются специально для клееных фасадных систем.Возможности клеевых соединений следует изучить, описать более подробно и проверить экспериментальными измерениями. Таким образом, представленные результаты являются целенаправленными методами испытаний, предназначенными для вентилируемых деревянных фасадных систем со склеенными швами. Для проведения испытаний были выбраны два типа силилмодифицированных полимерных клеев, предназначенных для структурного склеивания, однако только один из них рекомендован для фасадных систем. Профили из ели и три типа фасадной облицовки (например, цементно-стружечная плита – Cetris, сибирская лиственница и деревянный пластиковый композит – WPC) представляют собой конструкцию вентилируемого фасада.Основное внимание уделялось экспериментальной проверке, поэтому все процедуры испытаний соответствуют соответствующим европейским техническим стандартам. Адгезионные связи были испытаны на адгезию отделки поверхности к каркасу, а также при растяжении внахлест – сдвиг при температуре (20,0 ± 3) ° C и относительной влажности (55,0 ± 10)%. Проведенные испытания показали эквивалентность системы клеевых швов вентилируемых фасадов по сравнению с механическими швами. В ходе испытаний были выявлены различия в стабильности и поведении при разрушении между клеевыми системами, а также внутри листового материала.Еще один вывод, сделанный в результате серии испытаний, заключается в том, что использование деревянного каркаса для вентилируемых фасадов не является ограничивающим элементом для всей системы и является более экономически выгодным вариантом по сравнению с алюминиевым или стальным каркасом.

© 2015 Опубликовано Elsevier Ltd. Эта статья для открытого доступа под лицензией CC BY-NC-NDlicense (http://creativecommons.Org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Экспертная оценка под ответственностью оргкомитета 7-й научно-технической конференции «Материальные проблемы в строительстве» Ключевые слова: Адгезионная система; Адгезия; Клеевой разрыв; Cetris; Сплоченность; Когезионный отказ; Модифицированный полимер; лиственница сибирская; WPC

* Автор, ответственный за переписку.Тел .: +420 604 138 313. Электронный адрес: NecasovaBtudy.fce.vutbr.cz

1877-7058 © 2015 Опубликовано Elsevier Ltd. Это статья в открытом доступе под лицензией CC BY-NC-ND (http://creativecommons.Org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Рецензирование под руководством оргкомитета 7-й научно-технической конференции «Материальные проблемы в строительстве» doi: 10. 1016 / j .proeng .2015.06.165

1. Введение

Деревянные конструкции и деревянные элементы, используемые в экстерьере, могут претерпеть ряд химических и физических изменений, которые ухудшают их эстетический вид, долговечность и срок службы.Поэтому инженеры-строители в настоящее время очень часто сталкиваются с препятствиями в виде восстановления или выкупа деревянных фасадов. Одна из самых популярных конструкций – с механическими анкерными элементами. Однако прочность этих соединений ограничена. Кроме того, механические стыки могут вызвать преждевременную деградацию облицовки фасада. Следовательно, возможности клеевых соединений следует изучить более подробно. Дизайн вентилируемых фасадов с деревянной облицовкой – технология не новая. Еще в 1998 году Straalen et al.[1] представил методы составления правил проектирования для расчета сопротивления клеевых соединений для структурных приложений. Результаты, полученные в результате серии испытаний, показали, что в случае клеевых соединений также необходимо учитывать эффекты долговечности. Позже Крюгер и Шнайдер [2] протестировали поведение клеевого соединения на существующей конструкции в Штутгарте. Они подтвердили, что технология эластичного клея позволяет невидимую фиксацию задней панели без ослабления поперечного сечения пластины.Благодаря большой площади склеивания по краям панелей нагрузки от ветра, температуры и собственного веса плиты распределяются равномерно. Концентрация напряжений, создаваемая анкерами, исключается. В случае выхода из строя фасадной плиты клеевой шов способен удерживать на месте крупные фрагменты. Один из очень важных параметров, который может повлиять на входящие характеристики работы клеевого соединения, был описан Banea et al. [3]. Это толщина клеевого слоя.Большинство результатов из литературы относится к типичным конструкционным эпоксидным клеям, которые обычно разрабатываются для работы в тонких срезах. Однако полиуретановые клеи, а также модифицированные полимеры предназначены для работы с более толстыми сечениями и могут иметь другое поведение в зависимости от толщины клея. В данном случае использовалась толщина 3 мм, которая обычно предусмотрена для этого типа клея всеми производителями Davies [4]. Несмотря на то, что эта технология не является новой технологией, нет примеров, когда вся фасадная система была спроектирована из клееных деревянных элементов.Более того, до сих пор технология клеевого соединения не смогла должным образом закрепиться в строительстве, а правила проектирования, закрепленные в стандартах Еврокода, еще не были разработаны Пастернаком [5]. Согласно Krüger и Schneider [2] и Liska et al. [6], перед выводом на рынок полной системы клееного фасада, новая конструкция конструкции должна выдержать серию нагрузочных испытаний.

Выбор подходящих элементов облицовки фасада – важный этап в проектировании вентилируемого фасада.Неправильное сочетание выбранных материалов может привести к значительному снижению долговечности всей фасадной системы и, в частности, может привести к значительному увеличению требований к обслуживанию. Поэтому важно уделять пристальное внимание выбору не только облицовочного материала, но и всех материалов, используемых при строительстве фасадной системы.

2.1. Несущее основание

Обычные еловые балки были выбраны в качестве материала для несущей конструкции, поскольку это наиболее часто используемый материал для деревянных фасадных конструкций, а также самый доступный деревянный профиль на рынке.Единственное требование к этому материалу – по крайней мере класс прочности C22, общие свойства материала можно увидеть в таблице 1. Кроме того, все используемые профили должны быть высушены до макс. Влажность 15%. Иногда профили необходимо подклеить (со стороны приклеивания), однако производитель выбранной группы клеев не требует такой обработки.

2. Материалы

Таблица 1. Свойства материала ели – класс прочности С22.

Свойства материала

Средние значения

Плотность Прочность на сдвиг

Предел прочности при растяжении перпендикулярно волокну

410 кгм-3 3.8 №мм-2 5,0 №мм-2

2.2. Облицовочный материал

При выборе материала облицовки для изготовления образцов для испытаний основное внимание уделялось возможности использования материала на открытом воздухе. Также было важно тестировать только деревянные или древесные материалы. На основании этих критериев были выбраны цементно-стружечная плита (далее Цетрис) с гладкой поверхностью, внешние доски из сибирской лиственницы и Деревянный пластиковый композит (далее ДПК).Cetris, согласно данным, предоставленным производителем CIDEM Hranice, a.s. [7], полученные прессованием смеси древесной щепы (63%), портландцемента (25%), воды (10%) и гидратационных добавок (2%). Преимущества этого материала – низкие эксплуатационные расходы и устойчивость к гниению. Фасадная облицовка из сибирской лиственницы была выбрана из-за ее преимуществ, таких как стабильность размеров, низкие эксплуатационные расходы и естественная устойчивость к гниению. Деревянный пластиковый композит – это уникальная альтернатива древесине, которая сочетает в себе традиционный внешний вид древесины с прочностью и упругостью инженерного композита, способного противостоять суровым погодным изменениям.Основными ингредиентами являются специально подобранные чистые пластмассовые полимеры, термопластическая смола (40%) и волокна на основе древесины (50%) с добавками (10%), а также пигменты, смазочные материалы, УФ-ингибиторы или связующие агенты. Материал не содержит лигнина и вредных химикатов. DG Tip, spol. s r.o. [8]. Кроме того, все выбранные материалы подходят для использования в качестве облицовки вентилируемых фасадов без какой-либо другой отделки поверхности, сравнение свойств материалов можно найти в таблице 2.

Таблица 2.Свойства материала облицовки.

Материал Cetris Лиственница сибирская WPC

Средние значения свойств материала

Плотность 1350 кгм-3660 кгм-3890 кгм-3

Прочность на сдвиг 1,8 Н · мм-2 10,0 – 12,0 Н · мм-2 8,0 Н · мм-2

Предел прочности при растяжении перпендикулярно волокну (или плоскости плиты) 0,63 Н · мм-2 1,5 Н · мм-2 5,0 Н · мм-2

2.3. Клеи

В этой статье были рассмотрены два различных клея, производимых Bostik BV [9-10], все из которых относятся к группе полимерных клеев, модифицированных силилом.Оба они коммерчески используются для структурного склеивания, однако только один был разработан специально для структурного склеивания древесины и деревянных материалов, Simson PanelTack HM. Второй выбранный клей, Simson 007 SMP, согласно информации, предоставленной производителем, подходит для герметизации швов, соединений и компенсаторов. Возможное поведение Simson 007 при использовании в вентилируемой фасадной системе уже было проверено Лиской и др. [6], поэтому сравнение записанных результатов может быть более чем интересным.Технические характеристики выбранных клеев приведены в Таблице 3.

Таблица 3. Технические характеристики клеев.

Материал Simson 007 SMP Simson PanelTack HM (с высоким модулем упругости)

Технические характеристики материалов Средние значения

Предел прочности при растяжении 2,3 Н · мм-2 1,8 Н · мм-2

Предел прочности на сдвиг 2,0 Н · мм-2 2,25 Н · мм-2

Термостойкость от -40 ° C до 100 ° C

Температура нанесения от -5 ° C до 30 ° C

Skinforming прибл.15 мин.

Скорость отверждения 3 мм / 24 часа при 20 ° C / относительной влажности 50%

Согласно данным «Адгезивы и клеи» [11], модифицированные силаны представляют собой однокомпонентные клеи, которые вступают в реакцию и отверждаются под действием влаги; в процессе отверждения путем поликонденсации этот тип клея выделяет метанол и после отверждения приобретает эластичные свойства и типичную прочность эластомера. материал. Одним из ограничений модифицированного силана, как и всех клеев, отверждаемых влагой, является максимальная толщина нанесения, так как процесс отверждения выходит наружу внутри, при слишком толстом нанесении адгезиву требуется много времени для отверждения внутри, он может даже не достигнуть полностью. излечивать.

3. Методы

Представленная серия испытаний соответствует требованиям, установленным чешскими техническими стандартами, а также европейскими стандартами. В следующем тексте подробно описаны используемые методы испытаний.

3.1. Испытание адгезии отделки поверхности к основанию

Серия испытаний разработана в соответствии с требованиями CSN 73 2577 [12]. Цель заключалась в том, чтобы наблюдать и регистрировать максимальную силу, которая могла бы оторвать заданный участок отделки поверхности от выбранной подложки (облицовочного материала) при приложении перпендикулярного натяжения.

3.1.1. Изготовление опытных образцов

Компоненты, которые представляют собой облицовочный материал, имели квадратную форму со сторонами длиной 100 мм и толщиной 20 мм или 9 мм в случае ДПК. Точно так же компоненты, которые представляют собой несущую конструкцию, имели квадратную форму, но с длиной сторон 50 мм, толщиной 19 мм и общей площадью 2 500 мм2. Само производство включало несколько этапов в зависимости от требований конкретного производителя.Необходимо удалить всю пыль и прочую грязь, поверхности были химически обработаны чистящей жидкостью с целью достижения максимальной адгезии. При использовании продуктов Simson необходимо отдельно применять очиститель для пористых и непористых материалов. Очиститель для непористых материалов более агрессивен, чем для пористых материалов. Примерно через 10 минут поверхности обработали жидкой грунтовкой с помощью кисти для нанесения. Опять же, очень важно использовать грунтовку, предназначенную для конкретного типа материала, поэтому необходимо тщательно знать свойства материала.

Согласно Адгезивам и клеям [11], преимущества модифицированных полимеров заключаются в том, что они не требуют использования грунтовок или усилителей адгезии перед нанесением клея, во многих случаях очистки поверхности достаточно, чтобы обеспечить адгезию между подложками, тем самым уменьшая как стоимость материалов, так и стоимость нанесения, а также избежать ошибок при обработке поверхности перед нанесением клея. Однако при изготовлении тестовых образцов было подтверждено, что использование правильных элементов клеевой системы более чем важно, потому что по прошествии указанного периода возникло неожиданное явление.Как описано в Necasova et al. [13], жидкая грунтовка Simson для пористых материалов отслоилась, поэтому необходимо использовать улучшающую жидкую грунтовку, предназначенную для непористых материалов.

После этого было нанесено достаточное количество клея для образования конической формы в центре элемента облицовки. Это позволило распределить клей по всей поверхности под несущим элементом конструкции квадратной формы. После надевания меньшего элемента (несущей конструкции) на клей в клей были вставлены четыре распорных элемента («бусинки») диаметром 3 мм.Соответствующим стандартом требуется расстояние ровно 3 мм. Важность толщины адгезивного слоя обсуждалась во введении Banea et al. [3]. Впоследствии квадратный элемент (несущая конструкция) был сдвинут на нужное расстояние. Излишки клея были удалены. Для каждой адгезивной системы необходимо было создать минимум 6 образцов, как предусмотрено в соответствующем техническом стандарте.

3.2. Испытание на растяжение внахлест – сдвиг склеенных узлов

Целью этого метода было определение прочности при приложении напряжения сдвига к стыку внахлестку при растягивающей нагрузке.Подобно предыдущему методу испытаний, этот метод был разработан в соответствии с требованиями CSN EN 1465 [14].

3.2.1. Изготовление опытных образцов

Образцы для испытаний состояли из двух одинаковых пластин, площадь такой пластины 25 на 100 мм. Одна из плит представляла собой несущую конструкцию фасадной системы, а вторая – облицовку фасада. Первоначально расстояние притирки 12,5 мм (± 0,25 мм) было отмечено на одной из пластин.После этого были обработаны концы пластин, на которых обе поверхности должны перекрываться, как указано в предыдущем методе испытаний. На одну пластину было нанесено точное количество клея. Вторую пластину поместили и прижали до получения необходимой толщины около 3 мм. Толщина клея обеспечивалась с помощью «шпажек», используемых в качестве распорок. Для каждого клея требовалось отобрать минимум 5 образцов, как того требует соответствующий стандарт.

3.3. Отверждение опытных образцов

Все образцы для испытаний были оставлены для отверждения в сухой и чистой среде в соответствии с требованиями соответствующих технических стандартов. Все образцы для испытаний хранили в помещении со средней температурой воздуха (20,0 ± 3) ° C и относительной влажностью (55,0 ± 10)%.

3.4. Общие этапы методов испытаний

Все образцы для испытаний были помещены в специально разработанную форму для испытаний, которая позволяла прикреплять их к отрывному устройству.Процесс испытаний контролировался и регистрировался. Все образцы для испытаний подвергали деформации до достижения максимальной точки разрыва. Испытания проводились на разрывном устройстве FP 10/1 с максимальной силой 10 кН, что позволяло отслеживать и регистрировать ход деформации в зависимости от нагрузки. Скорость заряжания 8,00 мм / мин.

4. Результаты и обсуждение

Связь отделки поверхности с основанием и определение прочности на сдвиг при напряжении рассчитывались в соответствии с уравнением, приведенным в соответствующем техническом стандарте.Значения, представленные в таблицах 4 и 5, были рассчитаны исходя из максимальной силы, необходимой для отсоединения испытуемого образца в N. Рассчитанные значения представлены как среднее арифметическое всех испытательных образцов из одной испытанной группы, см. Рис.2 и Рис.3.

4.1. Испытание адгезии отделки поверхности к основанию

Связь отделки поверхности с подложкой рассчитывалась в соответствии с CSN 73 2577 (1981), см. (1).adh a ‘

Где: F – сила, необходимая для отсоединения, в Н, A – площадь склеивания в мм

Таблица 4. Результаты испытаний адгезии отделки поверхности к основанию.

Клеевая система

Материал Simson 007 SMP Simson PanelTack HM

Стандартное соединение Вариация Вариант соединения Стандартное изменение Вариант

adh коэффициент отклонения Œadh коэффициент отклонения

[Н · мм-2] [Н · мм-2] [%] [-] [Н · мм-2] [Н · мм-2] [%] [-]

Цетрис 0.730 0,058 7,98 0,003 0,989 0,205 20,76 0,042

Лиственница сибирская 1,484 0,154 10,37 0,024 0,948 0,222 23,45 0,049

WPC 0,440 0,155 35,27 0,024 0,239 0,056 23,47 0,003

4.2. Определение предела прочности при растяжении и сдвиге склеенных узлов

Определение растяжения-сдвига внахлест скрепленных узлов было рассчитано в соответствии с (2).

adh A l * b

Где: F – сила, необходимая для отсоединения, в Н, A – площадь склеивания в мм2, l – длина склеенного соединения в мм, b – ширина склеенного шва в мм.

Таблица 5. Результаты испытаний на разрыв внахлест соединенных узлов.

Клеевая система

Материал Simson 007 SMP Simson PanelTack HM

Стандартное отклонение сдвига Отклонение стандартного отклонения сдвига

прочность t коэффициент отклонения прочность t коэффициент отклонения

[Н • мм-2] [Н • мм-2] [%] [-] [Н • мм-2] [Н • мм-2] [%] [-]

Цетрис 1.40 0,254 18,19 0,065 1,57 0,174 11,06 0,069

Лиственница сибирская 1,06 0,190 17,60 0,040 1,80 0,440 24,53 0.200

WPC 0,76 0,209 27,57 0,044 0,00 0,000 0,00 0,000

Результаты проведенных экспериментов очень разнообразны и требуют тщательного анализа. Общей чертой полученных повреждений было нарушение адгезионного соединения между клеем и облицовкой фасада, особенно при использовании в сочетании с облицовкой из ДПК.

Рис. 1. Примеры наблюдаемых отказов (а) Cetris; б) лиственница сибирская; (c) ДПК.

Результаты, полученные при испытании клеевой системы в сочетании с Cetris, очень удовлетворительны, а измеренная прочность более чем достаточна. Кроме того, во всех случаях наблюдалось когезионное разрушение, поскольку облицовочный материал всегда был поврежден. Напротив, в случае испытаний на определение прочности на сдвиг образцы для испытаний с Simson 007 достигли почти такой же прочности, как и с Simson PanelTack.Как уже отмечалось, на всех испытательных образцах в массе облицовочного материала оборвалась связка, см. Рис. 1. Это свидетельствует о высоком качестве нанесенных клеев и низком сопротивлении облицовки.

При испытании клеевых систем в сочетании с облицовочным материалом из лиственницы сибирской, согласно данным, представленным в Таблице 4 и Таблице 5, оба выбранных клея показали сходные прочностные характеристики. Более того, Simson 007 показал лучшие результаты при тестировании на адгезию.Средняя прочность деревянной опорной конструкции, перпендикулярной волокну, составляет приблизительно 1,5 Н · мм -2, а расчетная средняя прочность клеевого соединения в сочетании с Simson 007 составляет 1,484 Н · мм-2, поэтому эти результаты являются очень многообещающими.

испытаний проводились только в стандартных комнатных условиях, поэтому желательно подвергнуть испытательные образцы дальнейшим испытаниям, например. грамм. испытания на морозостойкость и резкие перепады температур. Эти тесты должны подтвердить или опровергнуть полученные на данный момент результаты.

Общей чертой повреждений, нанесенных всем образцам, на которых была испытана комбинация с WPC-облицовкой, было нарушение адгезионного соединения между клеем и облицовкой фасада. Даже несмотря на то, что элемент фасада отделился от каркаса почти у всех образцов, полученная в результате измеренная прочность достаточна в серии испытаний с Simson 007. Однако комбинация WPC и Simson PanelTack HM неудовлетворительна, что можно увидеть на Таблица 5, когда весь испытательный образец, подготовленный для испытания прочности на сдвиг, развалился.Таким образом, эту комбинацию не следует использовать без других мер предосторожности, см. Necasová et. al. [13].

Рабочий объем [мм]

Рис. 2. Сравнение кривых напряжения-деформации, снятых во время испытания адгезии оболочки к опорной конструкции (а) Cetris; б) лиственница сибирская;

(c) WPC здесь с Simson 007.

a) Cetris + Simson PanelTack HM б) Сибирская лиственница + Simson PanelTack HM

Рабочий объем [мм] Рабочий объем [мм]

c) WPC + Simson PanelTack HM

Рабочий объем [мм]

Рис.3. Сравнение кривых напряжения-деформации, снятых во время испытания адгезии оболочки к опорной конструкции (а) Cetris; б) лиственница сибирская;

(c) WPC здесь с Simson PanelTack HM.

Однако из представленных кривых напряжения на Рис. 2 и Рис. 3 очевидно, что Simson PanelTack HM ведет себя очень однородно в сочетании с облицовкой Cetris и лиственницей сибирской.

5. Выводы

На основании проведенных и описанных выше измерений было обнаружено, что деревянная опорная конструкция является подходящей альтернативой при строительстве вентилируемых фасадов.Кроме того, огромным преимуществом древесины является ее экологичность и экологичность. Серия испытаний показала, что в некоторых случаях адгезия выбранного облицовочного материала, то есть именно то, что здесь было проверено, будет одним из слабых мест для клеевых соединений.

Однако тестирование также необходимо проводить в не совсем идеальной среде. Это будет включать серию испытаний, имитирующих реальную внешнюю среду или климат: значения, определенные впоследствии, будут более надежным индикатором пригодности выбранной комбинации облицовки и деревянного каркаса.Авторы этой статьи постоянно работают над представленным исследовательским случаем, чтобы получить более актуальные данные, то есть определение устойчивости к замерзанию или к переменным температурным изменениям.

Еще один вывод, сделанный в результате серии испытаний, заключается в том, что использование деревянного каркаса для вентилируемых фасадов не является ограничивающим элементом для всей системы и является более экономически и экологически целесообразным вариантом по сравнению с алюминиевым каркасом.

Благодарности

Исследование проводилось в рамках проекта MPO FR – TI4 / 332 «Новые технологии клееной облицовки фасадов анкерными элементами с повышенной устойчивостью к коррозии».

Список литературы

[1] Straalen, IJ.J. et. др., 1998. Конструкционные клеевые соединения в машиностроении – разработка правил проектирования. В: Международный журнал адгезии и адгезивов. pblsh. по Elsevier 1999.

[2] Крюгер, Г., Шнайдер, Р., 1999. Система эластичного склеивания для структурного склеивания фасадных панелей. В: Отто – Граф – Журнал Vol. 10. С. 88. 2000.

[3] Банеа, М. Д., Да Силва, Л. Ф.М., Кампильо, Р. Д. С. Г., 04/2015. Влияние толщины клея на механическое поведение структурного полиуретанового клея. В кн .: Журнал адгезии. Том: 91 Выпуск: 5. С. 331-346. 2015.

[4] Дэвис П. и др., 2009. Влияние толщины линии клеевого соединения на прочность соединения. В: Международный журнал адгезии и адгезивов. Том 29, Выпуск 7, стр. 724-736. 2010.

[5] Пастернак, Х., Чупак, Ю., 2014. Разработка правил проектирования на основе Еврокода для клеевых соединений.В: Международный журнал адгезии и адгезивов. pblsh. пользователя Elsevier. 2014.

[6] Лиска, П., Сланхоф, Дж., Нечасова, Б., 2014. Ревитализация фасадной облицовки с использованием клеевых соединений. В: Перспективные исследования материалов. Vol. 1041. С. 195–198. 2014.

[7] CIDEM Hranice a.s., подразделение Cetris, 2014. Основные свойства CETRIS – Цементно-стружечная плита. доступно по адресу: .

[8] DG Tip, spol.s r.o., 2014. Nextwood. В: Технический паспорт. доступно по адресу: . 2014.

[9] Bostik BV, 2014. Simson 007 SMP. В: Технический паспорт. доступно по адресу: . 2014.

[10] Bostik BV, 2014. Simson PanelTack HM. В: Технический паспорт. доступно по адресу: . 2014.

[11] Adhesiveandglue.com, 2015. Что такое модифицированный силановый клей?, Доступно по адресу: [http: // www.клейandglue.com/modified-silane.html]. 2015.

[12] ЧСН 73 2577. Испытание на адгезию отделки поверхности строительных конструкций к основанию. Прага: Чешский институт стандартов, 1981.

[13] Necasová, B., Liska, P., Slanhof, J. Определение адгезионных свойств древесно-пластиковой композитной фасадной облицовки. В научном журнале – Новости техники. 2015. Принята в печать 03/2015.

[14] CSN EN 1465. Клеи – Определение прочности на разрыв и сдвиг склеенных узлов.Прага: Чешский институт стандартов, 2009.

границ | Интеграция ионно-электроактивных полимерных приводов и датчиков в адаптивную облицовку здания – возможности и ограничения

Введение

Многие ученые, правительства и международные организации прогнозируют рост мирового населения до 2,2 миллиарда человек в период с 2017 по 2050 год (United Nations, 2017). Что касается этого демографического роста, очевидно, что необходимо построить дополнительные здания, дороги, мосты, туннели и другие объекты инфраструктуры, чтобы обеспечить будущим поколениям такие же или более высокие жилищные стандарты и социальные условия жизни, преобладающие сегодня (Tauber et al., 2019).

Строительство новых зданий и инфраструктуры и особенно модернизация уже существующего строительного фонда влечет за собой растущий спрос на строительные материалы и энергоресурсы. Даже сегодня на строительную отрасль приходится ~ 60% мирового потребления ресурсов, 50% образования массовых отходов и 35% как энергопотребления, так и глобальных выбросов (Abergel et al., 2017).

Учитывая эти цифры, необходимо найти ответы на наиболее актуальный экологический и социальный вопрос нашего времени для строительной отрасли: как мы можем создать – с учетом роста населения мира и сокращения ресурсов – более экологичное жилье с меньшим количеством материалов и потребление энергии в будущем? Использование легких структурных систем и интеграция адаптивных элементов в окружающие системы считается важным подходом (Klein, Knaack, 2015; Sobek, 2015; Košir, 2016).

Строительные ограждающие конструкции, помимо того, что они подвергаются климатическим воздействиям, таким как дождь, ветер и широкий диапазон температур, регулируют теплоизоляцию, светопропускание, перенос влажности и вентиляцию. Таким образом, они в значительной степени участвуют в управлении тепловым и энергетическим балансом здания. Тем не менее, их отличительные особенности и принципы работы обычно основаны либо на большом расходе материалов (накопление тепловой энергии, защита от шума), либо на высоком потреблении энергии (обогрев, охлаждение, вентиляция, освещение).Как прямое следствие, ограждающие конструкции не только вносят свой вклад в общее потребление энергии и материальных ресурсов здания, но и их физические свойства во многом определяют физическое и психическое благополучие пользователей и жителей. Новые идеи в разработке легких и энергоэффективных ограждающих конструкций зданий выходят далеко за рамки сегодняшних пассивных мембранных структур, при этом некоторые подходы в настоящее время исследуют активные концепции, которые включают в себя адаптивные физические функции здания, которые могут способствовать созданию комфортных условий в помещении (Aelenei et al., 2016; Аттиа и др., 2018).

В этой исследовательской статье представлен один подход, а именно использование интеллектуальных материалов на основе биологических материалов для создания адаптивных сверхлегких строительных покрытий. Общая цель состоит в том, чтобы представить экспериментальные методы и результаты, касающиеся интеграции электроактивных полимеров на основе углеродных нанотрубок, которые могут использоваться в качестве мягких и гибких исполнительных механизмов и датчиков в тканевых мембранных структурах.

Современное состояние

Конструкционные мембраны как ограждающие конструкции

Со второй половины 20-го века легкие строительные покрытия, такие как многослойные ткани или мембранные конструкции на основе фольги, были в центре внимания архитекторов и инженеров и все чаще находили свое применение в фасадных системах аэропортов, кровельных конструкциях стадионов и культовых временных или стационарные общественные здания по всему миру (Habermann and Koch, 2004).

Новые достижения в полимерной технологии привели к появлению на рынке новых мембранных материалов, обеспечивающих увеличенный срок службы, оптимизированные механические свойства, грязеотталкивающие и УФ-стойкие характеристики, а также очень важные свойства полупрозрачности (ткани) и прозрачности (пленки). Обычно в них используются многофункциональные однослойные мембраны, а их толщина составляет менее 1 мм. В результате низкий вес мембранного покрытия приводит к разгрузке несущих конструкций и, таким образом, к сокращению необходимых строительных материалов (Paech, 2016).

Потребность в адаптивности

Опубликованы последние работы по методам проектирования и оптимизации для снижения материального и энергетического воздействия строительных конструкций за счет интеграции активного контроля (Senatore et al., 2018a, b, 2019). Однако строительно-физические свойства и другие отличительные особенности мембранных оболочек обычно статичны и неизменны. Они спроектированы и установлены для конкретных случаев использования для работы в определенных климатических условиях, которые сильно зависят от географического положения здания.Часто адаптивные функции не требуются, потому что энергоемкий искусственный климат-контроль по-прежнему доминирует в современной практике регулирования комфортных настроек. Однако, чтобы обеспечить максимальную энергоэффективность и производительность здания, оболочка здания должна динамически реагировать на меняющиеся условия окружающей среды и требования к комфорту пользователя.

Адаптивность строительных обшивок может обеспечивать различные функциональные возможности: контролируемая воздухопроницаемость может быть желательной для управления гигротермическими конфликтами, такими как специфическая влажность и требования к вентиляции, или для предотвращения межклеточной конденсации в многослойных мембранных структурах (Janssens, 1998; Cremers et al., 2016). Негибкие скорости светопропускания строительных мембран могут быть удовлетворены с помощью новых стратегий адаптивного затенения с использованием кинетических устройств или исполнительных механизмов, непосредственно интегрированных в обшивку здания. Геометрическая деформация распределенных фасадных элементов может одновременно выполнять множество функций, например, функцию переменного затенения от солнца, средства вентиляции и контроля влажности или индуцированное изменение местных сил ветрового давления путем корректировки топологии поверхности здания (Loonen et al., 2015 ).

Традиционные приводы, которые были предложены для таких задач, включают пневматические и электронные приводы, электромагнитные двигатели и гидроцилиндры (Janocha, 2004; Haase et al., 2011). Однако штрафы за вес и размер, сложные трансмиссии, высокие уровни наведенного шума, ограниченные формы и необходимость ресурсоемкого обслуживания таких приводов побудили исследователей исследовать альтернативные технологии для получения более эффективных заменителей с большей механической гибкостью и податливостью, масштабируемостью в сторону уменьшения. , высокое отношение мощности к весу и мощности к объему, а также высокий КПД.Поиск таких заменяющих систем особенно необходим для применения в легких мембранных строительных покрытиях, где традиционные жесткие приводы трудно интегрировать.

В последние годы был предложен ряд интеллектуальных материалов для интеграции в адаптивные ограждающие конструкции зданий, некоторые из которых также могут использоваться в качестве датчиков. Встроенные датчики в обшивке здания полезны для отслеживания внешних ветровых и снеговых нагрузок, управления потреблением энергии и предоставления жителям или интеллектуальным системам возможности действовать.

Адаптивные и умные материалы

Желательно иметь мягкие и гибкие приводы и датчики, чтобы избежать сложных механических частей в адаптивных элементах обшивки здания. В связи с этим было предложено множество умных материалов. Среди наиболее интересных материалов – биметаллические приводы с термическим срабатыванием и сплавы с памятью формы (SMA), которые реагируют на изменения температуры окружающей среды и были предложены для адаптивных систем вентиляции и затенения в архитектурных обшивках (Sung, 2011; Dewidar, 2013).Гигроскопические деревянные двухслойные композиты были исследованы для создания адаптивных отверстий, которые реагируют на изменение влажности и температурных условий (Reichert et al., 2015). Однако такие саморегулирующиеся материалы реагируют только на параметры окружающей среды и не могут напрямую стимулироваться или контролироваться людьми.

По этой причине электроактивные полимеры (EAP) привлекли глобальный интерес среди ученых и, как полагают, могут сыграть потенциальную роль в гражданском строительстве и архитектурных приложениях (Kretzer and Rossi, 2012; Juaristi et al., 2018). Эти мягкие и гибкие системы интеллектуальных материалов демонстрируют обратимое изменение размера или формы под действием электрического поля. Несмотря на их выгодную способность сочетать функции датчика и исполнительного механизма, они еще не видели коммерческого развертывания в более широком архитектурном контексте.

Электроактивные полимеры

Сегодня в НИОКР преобладают две основные группы EAP. Первая и самая большая группа – по количеству публикаций и предлагаемых приложений – это исполнительные механизмы из диэлектрического эластомера (DEA), режим работы которых основан на чисто физических эффектах.Вторая группа состоит из различных подтипов ионных EAP (IEAP), срабатывание которых основано на принципах электрохимической работы.

DEA имеют пассивную эластомерную пленку с высокой диэлектрической проницаемостью, расположенную между двумя податливыми электродами. При приложении высокого электрического напряжения эластомерная пленка сжимается электростатическим давлением между электродами и, следовательно, увеличивается в размерах в плоском направлении. Что касается применений в застроенной среде, они были предложены Берарди (2010) только в качестве исполнительного механизма воздушного потока в системах отопления, вентиляции и кондиционирования, для систем управления дневным освещением на гомеостатических фасадах (Decker, 2013) и для динамической и отзывчивой внутренней художественной инсталляции, установленной в комнате. потолок в проекте «Риф» Mossé et al.(2012). Деформации DEA хорошо контролируются, обратимы и способны работать на высоких частотах, но для их срабатывания требуются очень высокие управляющие напряжения в несколько киловольт. В связи с этим использование DEA в качестве мягких исполнительных механизмов в ограждающих конструкциях зданий может потенциально быть вредным для жителей и поэтому не рассматривается в данной исследовательской работе.

В отличие от DEA, IEAP работает по принципу электрически управляемого переноса ионов в двух- или трехслойной установке и в большинстве случаев выполняет биморфное изгибающее движение.Некоторые из них демонстрируют большую деформацию и передачу среднего усилия при низкой рабочей мощности (<3 В), что делает их очень привлекательными для многих приложений, где требуется мягкое, безопасное и бесшумное срабатывание. Хотя некоторые материалы IEAP и их свойства были известны в течение многих десятилетий, они нашли очень ограниченное применение и не заменили традиционные приводы (электромагнитные, пневматические, гидравлические и пьезоэлектрические) из-за сложных технологий производства, дорогостоящих материалов или плохих характеристик срабатывания (Chang и другие., 2018).

Фокус – конкретные целевые приложения

Интеграция мягких и гибких исполнительных механизмов и датчиков в оболочки мембранных зданий может обеспечить множество адаптивных функций (см. Раздел «Необходимость адаптивности»). В этой статье мы сосредоточимся на двух сценариях применения:

Переключаемая воздухопроницаемость

Особенно в зимнее время перепад температуры между внутренней и внешней стороной обшивки здания может быть значительным. Если влага удерживается внутри замкнутой многослойной мембранной конструкции и если давление пара становится ниже давления насыщения, может произойти конденсация.Конденсация является нежелательным явлением, поскольку может вызвать сырость, проблемы со здоровьем плесени, коррозию, усталость материала и потери энергии из-за повышенной теплопередачи (Haase et al., 2011). Современные многослойные мембранные конструкции не могут дышать, как обычные каменные стены, где влага просто высыхает со временем из-за процессов капиллярной диффузии. По этой причине часто используются механические воздухонагреватели, чтобы обдувать горячим воздухом межклеточное пространство, удаляя влагу. Чтобы избежать появления таких энергоемких систем в будущем, первый сценарий применения – это адаптивно дышащая мембрана, снижающая риск межклеточной конденсации.Это может быть достигнуто путем управления гигротермическим балансом через встроенные переключаемые отверстия, обеспечиваемые мягкими и гибкими исполнительными механизмами IEAP.

Мониторинг ветровой нагрузки

Второй сценарий применения касается измерения нагрузки и напряжения для строительных обшивок на тканевой или фольгированной мембранной основе. Например, сильные ветровые нагрузки необходимо сначала обнаружить, прежде чем можно будет принять возможные меры противодействия. Часто желательно иметь локально разрешенные данные об индуцированных механических напряжениях внутри мембранных конструкций для целей мониторинга состояния и обеспечения работоспособности и безопасности конструкции (Tang et al., 2019). Мы предлагаем мягкие и гибкие датчики IEAP для прямой интеграции в натяжные мембранные конструкции в качестве жизнеспособной альтернативы установке обычных датчиков ускорения и измерителей смещения.

Выбор, производство и тестирование мягких приводов и датчиков

Типы ионных EAP

Были разработаны различные типы IEAP, которые могут работать в условиях низкого напряжения, включая проводящие или сопряженные полимеры (CP), ионные композиты полимер-металл (IPMC), углеродные нанотрубки (CNT-) или гелевые полимеры Баки, а также взаимопроникающие полимерные сети (IPN).

Конъюгированные полимеры (CP) представляют собой класс собственно проводящих полимеров, таких как полипиррол, полианилин, PEDOT: PSS и политиофен, которые обладают уникальными исполнительными свойствами (Melling et al., 2019). Их принцип работы основан на изменении объема электродов за счет введения и извлечения противоионов в полимерную матрицу. В отличие от других IEAP, процессы химического окисления и восстановления происходят на границах раздела ион-полимер. CP обычно работают в среде с жидким электролитом и поэтому часто предлагаются для биомедицинских приложений, где окружающие жидкости (например,г., кровь) может служить электролитом. Существуют концепции приводов CP, работающих в воздухе, использующих взаимопроникающую полимерную сеть (IPN), которая содержит жидкий электролит (Plesse et al., 2005). Такие ВПС используют одну полимерную сетку в качестве ионопроводящего материала и вторую полимерную сетку для обеспечения требуемых механических свойств. Более новое исследование предложило струйную печать PEDOT: PSS в сетях IPN для массового производства воздушных искусственных мышц и суперконденсаторов (Nakshatharan et al., 2018). Другие результаты предоставили быстрые и надежные исполнительные механизмы CP с использованием графена и перколяционной сети серебряных нанопроволок для повышения проводимости электродов PEDOT: PSS (Park et al., 2018). Преимущество CP заключается в том, что они удерживают создаваемую деформацию при постоянном напряжении и в состояниях разомкнутой цепи.

Наиболее широко известный IEAP – это ионный полимер-металлический композит (IPMC), который преимущественно используется в качестве исполнительного механизма. IPMC состоят из ионно-полимерной мембраны, обычно Nafion, зажатой между парой электродов из благородных металлов (Nakshatharan et al., 2018; Тамагава и др., 2019). Когда на металлические электроды IPMC подается напряжение, оно вызывает направленное движение подвижных катионов вместе с молекулами воды от ионной мембраны к поверхностям электродов, где они образуют двойной электрохимический слой. Избыток катионов и воды возле отрицательно заряженного электрода вызывает набухание, которое приводит к изгибу к положительному электроду. IPMC, подобно CNT- или гелевым актуаторам Bucky, способны к самочувствию (Kruusamäe et al., 2015).

В отличие от IPMC, IEAP на основе CNT используют пару гелевых электродов Bucky на полимерной основе, содержащих CNT, вместо электродов из благородных металлов. Гель Bucky представляет собой высоковязкий и электропроводящий гель, полученный путем физического сшивания сильно перепутанных пучков УНТ в присутствии ионных жидкостей (ИЖ) на основе имидазолия. Такие гели стабильны в широком диапазоне температур, не сжимаются и не высыхают при пониженном давлении из-за нелетучести ионной жидкости. Они также могут быть включены в полимерную композитную матрицу для формирования отдельно стоящих проводящих электродов, которые были использованы для создания первого гелевого актуатора Баки, который мог работать на воздухе без внешних электролитов при сравнительно низких приложенных напряжениях (± 3.0 V) (Fukushima et al., 2005).

Изгибающее движение актуаторов из геля Баки или УНТ в основном вызывается тремя наложенными эффектами, первым из которых является электростатическое притяжение (или отталкивание) между разно (или одинаково) заряженными соседними УНТ внутри гелевых электродов Баки (Baughman et al., 1999). ). Второй эффект вызван размерными изменениями внутри самих УНТ из-за удлинения связи C-C при инжекции заряда (Roth and Baughman, 2002). Третий эффект обусловлен переносом противоположно заряженных ионов разных размеров на катодную и анодную стороны актуатора, где они образуют двойные электрохимические слои с положительно и отрицательно заряженными УНТ.Поскольку катион BMI ⁺ намного больше, чем анион BF4- в ионной жидкости, перенос ионов приводит к набуханию катода и сжатию анодной стороны соответственно. Следовательно, исполнительный механизм изгибается в сторону анода.

Сравнительные характеристики производительности IEAP

Для принятия решения о том, какой тип IEAP наиболее подходит для желаемых целевых приложений, было сочтено необходимым сравнить их характеристики производительности. Для создания отверстий в тканевых мембранах для ограждающих конструкций зданий необходимы длительный срок службы и воспроизводимые большие силы и смещения.С другой стороны, медленное срабатывание не должно иметь отрицательного влияния, потому что изменения температуры и влажности окружающей среды также происходят медленно. Максимальные внутренние деформации материала являются ключевыми показателями эффективности приводов для гибки IEAP. Они указывают на однонаправленное изменение длины в электродных слоях и, следовательно, напрямую связаны с индуцированным напряжением из-за ионных транспортных сил. Значения деформации и напряжения наведенного изгиба не зависят от размера или геометрии приводов IEAP, поэтому их можно использовать для прямого сравнения их характеристик.

Для целей сравнительного анализа значения наведенной деформации и напряжения для различных зарегистрированных видов IEAP были собраны из различных публикаций и собраны на Рисунке 1. Иллюстрированные границы рабочих характеристик учитывают приводы, работающие только в воздухе, и отображают значения, полученные при очень низком срабатывании. частоты (<0,1 Гц). Другие технологии приводов, такие как SMA, DEA, скелетные мышцы и другие, также включены для сравнения.

Рисунок 1 .Напряжение и деформация типичных приводных технологий (сплошные черные линии) и некоторых современных ионных приводов EAP, работающих на воздухе, – на основе Simaite (2015) и источников, указанных на диаграмме.

Большинство видов IEAP демонстрируют аналогичные комбинации напряжение / деформация около 1 МПа и 1% соответственно, однако гелевые актуаторы CNT Bucky кажутся особенно многообещающими. Кроме того, большинство приводов IPMC демонстрируют существенные эффекты обратной релаксации, которые представляют собой нежелательное поведение приводного механизма, возбуждаемого постоянным током, при медленной релаксации обратно к своей исходной форме вместо удержания своего изогнутого состояния (Vunder et al., 2012). Исследования приводов CP достигли огромного прогресса в предотвращении расслоения и повышении эффективности электромеханической муфты и стабильности их цикла. Однако сложные производственные технологии, необходимые для синтеза и легирования проводящих полимеров, таких как полипиррол или PEDOT: PSS, а также лабораторное производство, как правило, очень тонких приводов, приводящих к относительно низким блокирующим силам, до сих пор препятствовали более широкому коммерческому внедрению этой технологии IEAP.Приводы CNT, с другой стороны, воспроизводимо демонстрируют сильные достоинства срабатывания в предыдущих проектах (Addinall et al., 2014), и авторы считают, что их простые и масштабируемые производственные технологии, их проверенная работоспособность в воздухе и их сенсорные возможности являются важными характеристиками. при оценке возможности их применения в строительных конструкциях. Не исключая возможности того, что другие виды IEAP также будут совместимы с описанными сценариями применения, приводы CNT рассматривались как лучший выбор для этого проекта.На рис. 2 показаны электрохимические процессы внутри трехслойной системы, приводящие к деформации актуаторов УНТ.

Рисунок 2 . Изображение актуатора CNT «Bucky gel» в неактивированном и активированном состояниях. Кривизна в основном вызвана индуцированным зарядом переносом ионов разного размера в электродные структуры.

Сообщается, что все типы IEAP имеют ожидаемый срок службы (иногда называемый «сроком службы») 10 ⁴ -10 ⁷ рабочих циклов, в зависимости от тестовой среды, применяемых настроек мощности и выбора материалов.Учитывая предполагаемую среднюю частоту срабатывания в пять циклов в день, предлагаемые сценарии применения дадут минимальный ожидаемый срок службы более 5 лет.

Авторы хотели бы подчеркнуть, что в следующих разделах этой статьи выражение «исполнительный механизм» всегда относится к IEAP с возможностями как исполнительного механизма, так и датчика.

Методы производства приводов ионных УНТ

До недавнего времени производственный процесс EAP-приводов на основе CNT представлял собой метод изготовления в лабораторных условиях с использованием небольших партий сырья и ручным диспергированием, литьем и методами обработки.Авторы изучили промышленное распыление и производственные технологии, которые улучшили воспроизводимость рабочих характеристик приводов на основе УНТ, одновременно увеличивая скорость производства и снижая материальные затраты. Выводы Сугино и др. (2011) послужили основой для получения оптимизированного состава материалов для приводов (рис. 1). Части производственного процесса были опубликованы авторами в Neuhaus et al. (2019b).

Методы диспергирования

Первым шагом в изготовлении исполнительного механизма является получение однородных дисперсий как для электродов исполнительного механизма, так и для сепараторов.Чтобы вызвать сильные электрохимические эффекты в электродах исполнительного механизма и, следовательно, высокую внутреннюю деформацию материала для отклонения исполнительного механизма, необходимо тщательное разделение агломератов УНТ и равномерное распределение всех компонентов материала в конечной дисперсии. Благодаря методу планирования экспериментов (DoE) стало возможным заменить однослойные УНТ (SWCNT) гораздо более дешевыми многослойными УНТ (MWCNT), которые легче производить и которые доступны в больших коммерческих количествах.

Производство исполнительных электродов и сепараторов начинается с растворения поливинилиденфторид-когексафторпропилена [PVDF (HFP)] в органическом растворителе 4-метил-2-пентаноне (4M2P).Позже полимер служит матрицей для ионной жидкости и углеродсодержащих добавок и отвечает за жесткость привода. Ионная жидкость 1-бутил-3-метилимидазолия тетрафторборат при комнатной температуре (BMI-BF ₄ ) добавляется к обеим дисперсиям и представляет собой резервуар для нелетучих электролитических ионов. Дисперсия электродов содержит MWCNT в качестве основного активного материала (Nanocyl® NC7000) для получения достаточной удельной поверхности и полианилин (PANI) для повышения проводимости электрода.Сообщалось, что перемешивание дисперсий и последующая высокочастотная обработка в ультразвуковой ванне продолжается до 72 часов для достижения достаточной гомогенизации (Sugino et al., 2011; Palmre et al., 2012). Применение мощных устройств для диспергирования, таких как ультразвуковой сонотрод, позволило сократить общее время диспергирования до <3 часов, что является значительным улучшением по сравнению с традиционными методами.

Печать приводов CNT

Печать электродных и разделительных слоев выполнялась с помощью машины для непрерывного нанесения покрытий Easycoater EC 63 от Coatema Coating Machinery GmbH (Германия), которая была специально настроена и перепроектирована для этого проекта.Дисперсии электродов и разделителей можно перекачивать по отдельности в два разных сопла с щелевыми фильерами, что позволяет выполнять автоматическую послойную печать без изменения конфигурации щелевых штампов между разными слоями. Обе щелевые фильеры имеют длину сопла 200 мм. Ширина прорези сопла составляет 250 мкм для щелевой матрицы электрода и 100 мкм для щелевой матрицы сепаратора. Когда слои наносятся на нагретый печатный стол с точно контролируемой толщиной влажного слоя, сушка горячим воздухом ускоряет испарение растворителя.Через 10 минут слои достаточно высохнут для печати следующего слоя. В качестве альтернативы, слои можно напечатать по отдельности, а затем спрессовать вместе горячим способом для сборки исполнительных механизмов и датчиков.

Привод в сборе – разделение механических и электрических контактов

После печати слоев исполнительного механизма из трехслойного компаунда вырезают обычно небольшие прямоугольные кусочки. Эти приводы еще не оснащены электрическими соединениями. В целях тестирования поверхности неизолированного электрода механически зажимаются между двумя проводящими выводами напряжения для выполнения их биморфного изгибающего движения.Однако будущие приложения потребуют надежных электрических контактов для упрощения интеграции системы и улучшения контактного сопротивления между основным проводником (например, кабелем) и полимерными электродами. Для тестирования таких электрических контактов различные гибкие проводники были интегрированы в электроды привода во время и после процесса печати. Посеребренная токопроводящая резьба (Madeira HC 12 и HC 40), распайка медной оплетки (Soder-Wick Rosin 50-6-25), клейкая медная фольга (медная лента 3M ^TM 11816 с акриловым токопроводящим клеем) и токопроводящий эпоксидный клей (CircuitWorld CW2400) были протестированы на предмет их применимости в качестве встроенных проводников.Параметры размеров и удельного сопротивления всех исследованных токопроводящих контактных материалов можно найти в таблице 1.

Таблица 1 . Значения размеров и удельного сопротивления промышленных проводящих материалов, используемых для встраивания электрических контактов в исполнительные механизмы и датчики IEAP.

Сплошные проводники (пряжа, распаянная оплетка, медная лента) изначально были интегрированы во влажные электродные слои путем помещения их внутрь печатной маски, где они были погружены в дисперсию электродов во время испытаний трафаретной печати (Neuhaus et al., 2019а). После внедрения нового автоматизированного процесса печати с использованием щелевых штампов проводники помещались между двумя напечатанными и высушенными электродными слоями предпочтительной формы и горячим прессованием. Полученные толстые двухслойные электроды теперь имели надежно встроенные электрические контакты. Окончательная сборка композита электрод-сепаратор-электрод-исполнительный механизм снова была выполнена горячим прессованием, в результате чего был получен полный трехслойный исполнительный механизм с двумя встроенными электродными контактами для облегчения интеграции системы (рис. 3).

Рисунок 3 . Концепция и реализация узла исполнительного механизма и датчика IEAP путем встраивания проводящих контактных материалов в электроды.

Автоматическое испытание приводов

Была реализована полностью автоматизированная испытательная установка для измерения рабочих характеристик привода CNT. Приводы зажимаются в приспособлении, которое обеспечивает электрические контакты с обоими электродами, как показано на Рисунке 4A, позволяя приводу изгибаться в обоих направлениях. Смещение при изгибе измеряется с помощью оптической лазерной триангуляции (MicroEpsilon OptoNCDT 1302) с диапазоном 20 мм и точностью ± 4 мкм.Кривизны бокового изгиба, показанные на рисунке 4B, не учитываются в этой измерительной установке. Датчик силы (KYOWA LTS20GA, 500, разрешение 0,01 мН) установлен на движущейся части регулируемого по горизонтали сервопривода (Nanotec Munich KOWI), обеспечивая измерения силы блокировки с разрешением по положению на одной стороне образца привода. Потенциостат запускает срабатывание, обеспечивая предварительно определенный регулируемый уровень напряжения с высокой точностью, изменяя электрический ток в соответствии с текущим сопротивлением исполнительного механизма.Другие параметры, полученные с помощью измерительной установки, – это значения электрического тока, положения двигателя, изменения температуры и изображения теплового излучения, которые в этой статье не рассматриваются далее. Все измерительные устройства подключены к плате сбора данных National Instruments NI PCIE-6363 и соединены с блоком разъемов NI SCB-68A для интерфейса ПК с материнской платой. Все параметры и устройства контролируются центральным интерфейсом LabVIEW для прямого отображения и автоматического хранения данных.

Рисунок 4.(A) Схематический чертеж для объяснения оценки деформации от смещения (B) CNT-привод, зажатый в испытательной установке для характеристики характеристик.

Для тонких лент привода разность наведенных деформаций ε может быть непосредственно рассчитана путем измерения свободного смещения наконечника δ зажатого привода по уравнению 1:

L – это фиксированное расстояние от зажима привода, обозначающее свободную длину, на которой измеряется смещение наконечника δ, тогда как d – толщина полосы привода.Рисунок 4A помогает понять взаимосвязь между кривизной изгиба и разницей наведенной деформации. R – радиус кривизны, а ΔL ₁ , ΔL ₂ – индуцированные изменения длины в каждом электроде. Уравнение (1) справедливо для малых прогибов, поэтому можно предположить, что нейтральное волокно не меняет своей длины после изгиба и деформируется в дугу. Таким образом, для перемещения исполнительного механизма была принята равномерная кривизна изгиба, что достаточно точно для полностью задействованных состояний изгиба.Измеряя модуль Юнга растянутых или сжатых электродных слоев, можно получить значения индуцированного напряжения каждого исполнительного механизма. Испытанные приводы, которые были собраны с полностью напечатанными электродными слоями MWCNT, показали наведенные деформации изгиба 1,4% и блокирующие силы до 30 мН при ± 2,5 В _pp приложенном прямоугольном напряжении и частоте срабатывания 0,05 Гц при комнатной температуре. Более толстые электроды привода приводят к более высоким усилиям изгиба, в то время как в целом более тонкий привод приводит к более высокой скорости и большему смещению.

Корпус привода

После сборки активных слоев и заделки материалов электрических контактов исполнительные механизмы все еще находятся в своей естественной форме, а поверхности их проводящих электродов напрямую подвергаются воздействию воздуха и влажности и, таким образом, способны взаимодействовать с окружающей средой. Инкапсуляция считается необходимой для (а) обеспечения прочного и антиабразивного, но гибкого защитного слоя от механических разрушающих сил и (б) защиты сложных электрохимических процессов внутри исполнительных механизмов и датчиков IEAP от воздействия влажности окружающей среды и (в) для электрических изоляция и цели безопасности.Были протестированы различные инкапсулирующие материалы, такие как PDMS, PU, ​​нитроцеллюлоза и парафиновые композиты (Rinne et al., 2019). Для этого проекта было решено выбрать PVDF для инкапсуляции, потому что этот материал уже служит в качестве основного полимера как для слоев электрода, так и для разделительных слоев. Ожидается хорошая адгезия герметизирующего слоя к поверхности исполнительного механизма. Было обнаружено, что нанесение покрытия погружением отдельных исполнительных элементов в раствор ПВДФ в 4М2П (0,5 мас.%) Приводило к нанесению тонкого слоя (10–25 мкм) ПВДФ вокруг исполнительного механизма.Испытания показали, что такая инкапсуляция обеспечивает умеренное диэлектрическое поведение для электрической изоляции и замедляет проникновение водяного пара в активные слои актуатора (Punning et al., 2014). Однако смещение изгиба со свободным концом приводов с покрытием значительно уменьшается с каждым нанесенным дополнительным герметизирующим слоем (рис. 5). Это связано с тем, что сопротивление изгибу растет с увеличением толщины неактивного материала.

Рисунок 5 . Влияние тонких покрытых окунанием инкапсулирующих слоев ПВДФ на перемещение привода.Размер привода: 20 × 8 × 0,2 мм.

Разработка, производство и тестирование активных демонстраторов обшивки зданий

Оценка кинематики срабатывания диафрагмы

Есть много возможностей для создания регулируемых отверстий в натянутых поверхностях мембраны с использованием мягких биморфных приводов изгиба. В зависимости от их формы, их механического крепления к мембране и их силовых возможностей могут быть достигнуты различные характеристики деформации. Обычно предполагалось, что прохождение воздуха должно быть разрешено в активированном состоянии (открыто) и заблокировано в неактивном состоянии (закрыто).Процесс открытия будет выполняться путем подачи напряжения определенной полярности на привод, в то время как процесс закрытия будет выполняться (или поддерживаться) путем переключения на противоположную полярность. Отверстия могут быть созданы путем расширения пазов, которые изначально были закрыты, подъема створок, которые были заподлицо с окружающей поверхностью, или сгибания ранее плоских полос, закрывающих отверстие в поверхности мембраны. На рисунке 6A показаны различные возможные принципы движения, которые могут быть выполнены с помощью исполнительных механизмов изгиба IEAP.Изображенные изменяющие форму элементы поверхности могут состоять либо из самих тонких приводов IEAP, либо из пассивного гибкого материала (возможно, из того же материала, что и мембрана), и их деформация вызывается продольными, изгибающими или скручивающими движениями IEAP, прикрепленных под ними. Некоторые геометрические узоры также можно использовать для определения разницы в давлении воздуха, создаваемого ветровыми нагрузками на мембрану.

Рис. 6. (A) Принципы движения и моделирование кинематики (B) для тонких и гибких мягких приводов, создающих контролируемые отверстия в предварительно напряженных мембранных структурах. (C) Свойства концепции срабатывания диафрагмы.

Метод конечных элементов (МКЭ) был выбран для получения достоверной информации о кинематике деформации приводов IEAP различных конфигураций, прикрепленных к натянутым мембранам (рис. 6В). При использовании ANSYS Workbench срабатывание фактически инициируется тепловой нагрузкой, приложенной к электрическим контактам исполнительного механизма. Это заставляет электроды исполнительного механизма расширяться и сжиматься, соответственно, из-за разных коэффициентов теплового расширения, присвоенных двум электродам (Addinall et al., 2014). Путем согласования параметров теплопроводности материала электрода с данными измерений деформации прямоугольных приводов изгиба можно реализовать реалистичную имитационную модель, которая способна прогнозировать кинематику движения актуатора любой формы. Было выполнено нестационарное тепловое моделирование, которое учитывает эффект линии передачи, который объясняет более медленное срабатывание областей исполнительного механизма, более удаленных от области электрического контакта. Основная цель моделирования состояла в том, чтобы найти подходящие устройства, размеры и формы исполнительных механизмов IEAP, которые обеспечивают наибольшее соотношение площади проекции отверстия к площади мембраны, занимаемой устройством исполнительного механизма.Фактическое количество адаптивных отверстий, необходимых на общую площадь мембраны, зависит от климатических условий целевого здания и других параметров конструкции, таких как ориентация фасада, объем межстенного пространства мембраны и требуемые теплоизоляционные свойства.

В результате анализа несколько форм привода и кинематики деформации материализовались как жизнеспособные конфигурации для предложенных сценариев применения. Было обнаружено, что наиболее эффективная конфигурация апертуры, обеспечивающая наибольшую площадь проекции открывания, представляет собой принудительное отклонение от плоскости пассивных закрылков, изгибаемых мягкими приводами, прикрепленными к их нижней поверхности (консольный привод пассивных закрылков, рис. 6).Было обнаружено, что конфигурация апертуры с наименьшим перемещением вне плоскости и все же значительными открывающими характеристиками представляет собой расширение щели, создаваемое двумя противодействующими исполнительными механизмами, расположенными под краями щели. Первоначальные планы использования самих исполнительных механизмов в качестве открывающихся створок или генераторов щелей были отброшены в связи с необходимостью гораздо большего размера исполнительных механизмов, что сделало их более высокие материальные затраты и потребность в энергии как неэффективные.

Демонстрационный дизайн

Два демонстратора были разработаны для исследования срабатывания и восприятия IEAP, интегрированных в оболочку тканевой мембраны.Первый демонстратор представляет собой многослойную мембрану с двойным изгибом и регулируемыми отверстиями во внутреннем слое. Эти отверстия обеспечивают контролируемую вентиляцию промежуточного пространства между двумя слоями и, таким образом, предотвращают необходимость использования механических воздуходувок, используемых в настоящее время для предотвращения конденсации. Эта установка представляет собой новый подход к достижению переключаемой воздухопроницаемости в строительной обшивке. Причина целевой двойной кривизны заключалась в том, чтобы продемонстрировать потенциал использования мягких исполнительных механизмов IEAP, несмотря на сложные формы мембран и при наличии многосторонних растягивающих сил.Была выбрана ткань ромбовидной формы с четырьмя одинаковыми выпуклыми краями, поскольку она позволяет создать двойную кривизну, раздвигая две пары противоположных углов, каждая из которых имеет расходящиеся вертикальные компоненты. В этом предварительно напряженном состоянии двойной кривизны все отверстия в ткани должны оставаться закрытыми, если они не задействованы. Одно из решений состоит в том, чтобы ориентировать линейные прорези (как показано на рисунке 6) в направлении основного потока сил внутри ткани, чтобы боковые силы были минимизированы, а края каждой прорези не раздвигались (рисунок 7).Распределение напряжений было проанализировано с использованием параметризованных геометрических моделей, скомпилированных в Karamba3D, и текущих алгоритмов оптимизации в отношении расположения и ориентации прорезей. Karamba3D – это инструмент параметрического проектирования конструкций (Preisinger, 2019), который может запускать циклы оптимизации для механических проблем, изменяя структурные параметры, такие как толщина материала, поперечные сечения, количество несущих элементов, расстояние и расположение этих элементов в рамках заданных граничных условий для внутренних напряжения, деформации и конструктивные размеры.Он также предлагает вспомогательные конструктивные меры, если пространство решений в рамках цикла аппроксимации с ограничениями пусто. Целью оптимизации этого проекта было заполнение доступной площади ткани пятьдесят отверстий на квадратный метр, которые предпочтительно расположены равномерно, что означает двадцать правильно ориентированных разрезов, которые должны были быть равномерно распределены на поверхности ткани площадью ~ 0,45 квадратных метра. Кроме того, конструкция проводящих путей, питающих отверстия, должна иметь минимальную длину и проходить либо параллельно, либо перпендикулярно местному главному потоку сил, чтобы минимизировать деформацию кабеля и разрушение шва при растяжении мембраны до трехмерной формы.Другая цель оптимизированной схемы маршрутизации заключалась в том, чтобы иметь две пространственно разделенные области соединения на демонстрационной мембране, каждая из которых собирает все проводящие пути одинаковой полярности. Такая компоновка предотвращает сложные схемы маршрутизации, которые могли бы возникнуть, если бы электрические соединения каждого привода имели индивидуально разделенные точки доступа. Кроме того, разделенные области подключения упрощают подключение электронных блоков управления для питания отдельных исполнительных механизмов (или для отслеживания сигналов датчиков, соответственно).Некоторые исполнительные механизмы подключаются индивидуально, а другие объединяются в блоки исполнительных механизмов с помощью одной пары электрических соединений. Изменение шаблонов маршрутизации может быть легко реализовано благодаря цифровым методам проектирования, которые обеспечивают прямой переход к автоматизированным методам изготовления. Концептуальный подход к проектированию интеграции и распределения исполнительных механизмов показан на рисунке 8 для обоих демонстраторов. Открытие прорези будет инициировано одним приводом, расположенным с каждой стороны прорези, один из которых изгибается вверх, а другой вниз.Благодаря своей гибкости исполнительные механизмы адаптируются к местной кривизне мембранной ткани без потери своих двигательных функций.

Рисунок 7 . Методический подход к оптимальному позиционированию и ориентации задействованных надрезов и интеграции устойчивых к растяжению проводящих путей.

Рисунок 8 . Концепции интеграции и распространения IEAP для демонстратора только срабатывания и демонстратора срабатывания и считывания. Оранжевые и синие линии указывают расположение распределительных сетей.

Второй демонстратор продемонстрирует функции привода и датчика в одной плоской мембране. Пассивные закрылки в форме параболы предназначены для отклонения наружу, когда установленный под ними привод IEAP создает изгибающее движение. При ветровых нагрузках створки должны отклоняться внутрь и выдавать электрический сигнал, который может обрабатываться электронным блоком контроля и управления. 17 отрезов лоскутов трех разных размеров равномерно распределяются по поверхности ткани без какой-либо оптимизации с помощью алгоритмов.

Демонстрационное производство

В этом подразделе описываются материалы, методы и производственные процедуры, которые использовались для создания физических демонстраторов, с учетом результатов моделирования кинематики апертуры и схем электрических маршрутов, описанных выше.

Подготовка текстильной мембранной ткани

Для материала демонстрационной мембраны у Tolko Stoffe GmbH в Германии была закуплена высокопрочная полимерная ткань серого цвета, состоящая из 47% полиэстера, 39% полиуретана и 14% полиамида.Ткань содержит два тонких слоя водонепроницаемой мембраны Gore-Tex (вспененный политетрафторэтилен – ePTFE) и снабжена переплетенными армирующими нитями рипстоп с перекрестной штриховкой, что делает ее очень устойчивой к разрыву и разрыву. Эта ткань использовалась для обоих демонстрантов. Используя одни и те же автоматизированные методы для двух тканевых мембран, они были оснащены электрическими проводниками для распределения энергии и получили свои индивидуальные образцы прорезей отверстий. Проводящие пути были образованы теми же проводящими нитями, которые ранее были протестированы для интегрированных контактов IEAP (проводящая нить Madeira HC 12, покрытая серебром).Следуя заранее разработанному электрическому рисунку фрезерования, нити были прикреплены к ткани с использованием полностью автоматизированной машины Tailored Fiber Placement (TFP) (вышивальной машины Tajima с 4 головками). В этом процессе более толстая проводящая нить разматывается с катушки и укладывается на ткань с помощью кантилевера, который прикреплен к движущейся швейной головке машины. Одновременно тонкая вспомогательная нить попеременно обтачивается поверх проводящей нити, надежно фиксируя ее на ткани под ней.Этот процесс сшивания оказался простым и эффективным методом создания произвольных, но точных проводящих путей на любой поверхности ткани.

Апертурные разрезы были выполнены на полностью автоматизированной цифровой двухосевой многослойной раскройной машине (Assyst Bullmer Premiumcut ST). Через программный интерфейс можно было автоматически назначать схемы раскроя, разработанные на этапе проектирования, для маршрута машины и переносить их на мембранную ткань. На рисунке 9 показаны этапы автоматизированного производства первого демонстратора и изображена получившаяся мембранная ткань, снабженная проводящими путями, точками крепления исполнительных механизмов и интегрированными прорезями.

Рисунок 9 . Подготовка мембранной ткани: полностью автоматизированные производственные процессы для интеграции проводящей резьбы (Tailored Fiber Placement) и узорной резки предварительно разработанных отверстий (Digital Fabric Cutting System).

Интеграция привода

Перед тем, как перейти к реальным демонстраторам интеграции IEAP, были выполнены лабораторные испытания с индивидуальной геометрией исполнительных механизмов, конструкциями апертур и вариантами электрического подключения (рис. 10).Первоначально упор делался на интеграцию прямоугольных исполнительных механизмов из неинкапсулированных УНТ без внешних электрических контактов с помощью проводящего эпоксидного клея, нанесенного на поверхности электродов. Клей на основе растворителя, несмотря на его низкое контактное сопротивление, диффундировал в ткань и за пределы предполагаемой области крепления во время отверждения под давлением и во многих случаях вызывал короткое замыкание между двумя исполнительными электродами. Испытания с инкапсулированным образцом, контактирующим с резьбой, не показали короткого замыкания, но их электрическое соединение с проводящими путями возможно только путем ручного связывания нитей вместе.Самый простой и надежный метод интеграции заключался в наложении медных клейких контактных лент на предоставленные проводящие нити, вшитые в ткань. Надежное соединение ткани с поверхностью актуатора обеспечивалось тонким слоем двусторонней липкой ленты. 40 приводов УНТ одинаковой формы для 20 распределенных отверстий были интегрированы в ромбовидную мембранную ткань первого демонстратора, а 17 приводов того же размера завершили второй демонстратор с его 17 параболическими клапанами трех разных размеров.Оба демонстратора, оснащенные встроенными исполнительными механизмами IEAP, показаны на Рисунке 11.

Рисунок 10 . Эволюция проблем интеграции исполнительных элементов и датчиков IEAP.

Рисунок 11 . Конечные демонстраторы: (A) двухслойный мембранный элемент с двойным изгибом с регулируемыми отверстиями, приводимыми в действие исполнительными механизмами CNT. (B) Планарный мембранный демонстратор с управляемыми заслонками, имеющими как исполнительные механизмы, так и сенсорные функции посредством встроенных исполнительных механизмов CNT.

Экспериментальные испытания

Смещение и сила блокировки всех приводов были измерены с помощью автоматизированной испытательной установки под управлением LabVIEW, прежде чем они были интегрированы в демонстраторы. Все приводы, изготовленные для обоих демонстраторов, по умолчанию имели длину 2,5 см, ширину 1 см и толщину 300–400 мкм. И смещения изгиба, и силы блокировки были измерены на расстоянии 10 мм от зажима (площадь электрического контакта). Измеренные значения смещения были преобразованы в значения вызванной деформации изгиба в соответствии с уравнением (1).Из более чем 100 изготовленных образцов приводов были выбраны только те, которые показали воспроизводимые деформации изгиба от 0,8 до 1,2% и блокирующие силы от 10,5 до 21,5 мН. Эти результаты были получены при приложенном прямоугольном напряжении 2,5 В и частоте срабатывания 0,05 Гц. Из-за инкапсуляции эти значения производительности были немного ниже по сравнению с некапсулированными печатными приводами (1,4% и до 32 мН соответственно).

Для измерения характеристик срабатывания встроенных исполнительных механизмов пары проводящих нитей, ведущих к распределенным отверстиям, были подключены одна за другой к регулируемому источнику питания.Из-за различной длины проводниковой резьбы и высокого контактного сопротивления на интерфейсах исполнительных механизмов было необходимо отрегулировать уровни приложенного напряжения на гораздо более высокие значения, чтобы исполнительные механизмы могли реагировать. Для демонстратора с двойной кривизной максимальные расстояния открытия прорезей были измерены на пике срабатывания. Для демонстратора закрылка было измерено максимальное отклонение наконечника.

Для тестирования сенсорных возможностей IEAP, интегрированных во второй демонстратор, свободные концы всех проводящих нитей, ведущих к распределенным клапанам, были подключены к каналам высокоточного анализатора гальваностата / потенциостата (Ivium Octostat 5000) с возможность измерения низкого тока и низкого напряжения.Диапазон напряжения, установленный на 10 мВ и частоту дискретизации 500 Гц, позволяет обнаруживать и измерять очень низкие разности потенциалов до 0,01 мВ с достаточным временным разрешением, необходимым для устранения высокочастотных явлений во время тестирования чувствительности. Были выполнены два разных тестовых сценария.

В первом сценарии закрылки подвергались плавному и контролируемому попеременному смещению как внутрь, так и наружу, имитируя внешнее давление ветра. Понятно, что этот экспериментальный подход неточно воспроизводит реальные деформации, вызванные силами окружающей среды, но эта процедура была наложена, чтобы в целом исследовать природу реакции обратной связи.Одновременно измерялись смещение и выходной сигнал. По данным Kamamichi et al. (2007) небольшое напряжение следует измерять как выходной сигнал, который, как ожидается, будет иметь почти пропорциональные значения смещению датчика IEAP. Во втором сценарии внезапное принудительное смещение прямоугольной формы было применено к кончику чувствительного клапана, находящегося в нейтральном положении (заподлицо с поверхностью мембраны). Этот импульсный стимул повторялся нерегулярно в течение периода 50 с и с различной продолжительностью выдержки.Сигналы отклика напряжения для обоих сценариев показаны на рисунке 13.

Оценка энергопотребления и жизненного цикла (LCA) мембранных элементов со встроенными приводами CNT

Воздействие на окружающую среду адаптивного элемента обшивки здания, усовершенствованного IEAP, было проанализировано с помощью подхода LCA «от колыбели до могилы», с учетом всей энергии и материалов, необходимых во время производства, эксплуатации и обработки в конце срока службы. Для всех трех этапов совокупная потребность в энергии (CED) и эквивалент двуокиси углерода (CDE) были рассчитаны с помощью программного инструмента LCA под названием GaBi-ts 2019 от sphera ™.CDE описывает потенциал глобального потепления (GWP) энергии и материалов, высвобождаемых в течение жизненного цикла системы, и, таким образом, лучше отражает долгосрочные эффекты предлагаемой системы. Расчет CED и CDE был основан на структуре электроэнергетики Германии в 2016 году и, таким образом, соответствует эталонным сценариям, рекомендованным Европейским союзом.

CED для производства такой системы включает в себя весь инвентарь материалов и энергии, необходимых для процессов синтеза, диспергирования и печати, необходимых для создания предлагаемых компонентов и структур.Количество сырья было рассчитано для сценария с 50 исполнительными механизмами, встроенными в один квадратный метр тканевой мембраны, одним исполнительным механизмом, состоящим из двух электродов и одним слоем электролита (разделителем), с общими размерами 2,5 x 1,0 см x 380 мкм. Для изготовления одного электрода требуется 1,9 мг MWCNT NC7000 ™, 8,6 мг полианилина, 13,7 мг полимера основной цепи PVDF (HFP), 20,8 мг ионной жидкости BMI-BF ₄ , 1,075 г органического растворителя 4M2P, 0,2 г меди клейкая лента, 0,1 г проводящей нити, покрытой серебром, и незначительное количество диспергирующих агентов.Для изготовления одного сепаратора необходимо 18 мг PVDF (HFP), 18 мг BMI-BF ₄ и 220 мг растворителя 4M2P. Предположения были сделаны для содержания серебра в проводящих нитях (10%), точной толщины материала верхнего слоя тканевой мембраны (50 мкм) и потребности в энергии для процесса каталитического осаждения из паровой фазы (CCVD) для синтеза MWCNT, который был интерполировано по библиографическим ссылкам. Однако все каталитические материалы, необходимые для процесса CCVD, такие как кобальт, марганец и магний, были точно приняты во внимание.Кроме того, предполагалось, что полное количество растворителя испарится в воздух во время процесса сушки после печати слоев электрода и разделителя.

Расчет CED во время работы системы был основан на предположении о пяти событиях срабатывания с определенным периодом удержания в среднем 30 минут в день. Более того, в общей сложности 8000 циклов считались реалистичной оценкой возможностей привода, что дало срок службы 4,4 года. Энергия, необходимая для открывания и закрывания, рассчитывалась по количеству заряда, введенного в один привод.Для открытия и закрытия требуется 4,78 Дж, в то время как период удержания требует 81 Дж, что в сумме составляет 22,6 и 8,26 МДж в год для пятидесяти приводов, интегрированных в один квадратный метр.

Для расчета CED для обработки в конце жизненного цикла было определено, что все материалы должны классифицироваться как опасные отходы и утилизироваться соответствующим образом. Учитывая тот факт, что углеродные нанотрубки считаются потенциально опасными и что есть признаки того, что некоторые виды ионной жидкости – даже при редких обстоятельствах – могут рекомбинировать с нейротоксическими веществами, это предположение является оправданным.

Результаты

Свойства срабатывания интегрированных IEAP

При прямом подключении к источнику постоянного напряжения (3 В) приводу указанного размера потребуется ~ 20 с, пока он не достигнет полного смещения изгиба. В течение этого времени зарядки измеряется пиковый ток 0,8 А, который экспоненциально уменьшается до значений 15 мА и ниже, где он будет оставаться на протяжении всего измерения. Количество заряда, поступающего в привод в течение первых двадцати секунд, оказалось в диапазоне 3.18 кулонов, что дает общую емкость исполнительного механизма 1,06 Фарад и подвод энергии ок. 4,77 Джоулей.

Чтобы противодействовать низкой проводимости резьбы и высокому контактному сопротивлению в обоих демонстраторах, уровни напряжения прямоугольной волны, приложенные к отдельным проводящим путям, медленно увеличивались с осторожным шагом с шагом 5 В. Каждое испытание проводилось дважды, сначала поддерживая тестовую частоту 0,05 Гц, а во-вторых, поддерживая уровни напряжения при постоянной полярности до тех пор, пока дальнейшая реакция не перестанет быть обнаружена.Для демонстратора с двойной кривизной не наблюдалось реакции смещения любого исполнительного механизма IEAP ниже 10 В. При напряжении 15 В вокруг отдельных щелей была видна некоторая деформация мембраны, но только при 20 В можно было определить истинное разделение первых краев щели. Максимальное полученное расстояние раскрытия щели составляло 3,2 мм при 35 В для одной апертуры, измеренное между наивысшей и самой низкой точкой изгибающейся вверх и вниз кромки щели, соответственно. Одиннадцать приводов из 40 не совершали изгибающих движений.Из 20 отверстий только 12 образовывали истинные отверстия, большинство из которых не превышали максимальное расстояние открытия 2,0 мм даже при более высоких уровнях напряжения. На рисунке 12A показано отверстие с прорезью, образующее зазор 1,8 мм при переключении полярности ± 20 В.

Рисунок 12 . Примеры успешно управляемых отверстий мембраны в (A), , демонстраторе с разрезом с двойной кривизной, и (B), , демонстраторе с плоским лоскутом.

Та же процедура была применена ко второму демонстратору с пассивными закрылками.Здесь снова первые деформации лоскута вне плоскости наблюдались при 15 В без фактического отделения лоскута от поверхности мембраны. На уровне 20 В шесть из 17 створок образовывали небольшие отверстия, позволяющие воздуху проходить через мембрану, тогда как при 30 В все створки, кроме одного, заметно изгибались над поверхностью с отклонением кончика от 2,1 до 3,4 мм. Наибольшее отклонение наконечника 4,6 мм было измерено при напряжении 40 В, приложенном к одной из больших заслонок, расположенных рядом с разъемом источника напряжения. Некоторые створки демонстрировали сильную кривизну изгиба, но не открывались, потому что края надрезов в форме параболы в ткани не разделялись из-за трения.При переключении полярности все ранее деформированные IEAP выполняли обратное закрывающее движение, пока не переходили нейтральное положение заподлицо с поверхностью мембраны. На рисунке 12B показано поведение заслонки среднего размера при различных уровнях напряжения, приложенного к проводящим путям, что приводит к отклонению наконечника на 2,9 мм при 30 В.

Сенсорные свойства интегрированных IEAP

Сценарий с плавным смещением створок мембраны с прикрепленными снизу IEAP запускает сигнал напряжения, который почти идеально пропорционален смещению с небольшой задержкой.Выходной сигнал изображен на рисунке 13A и хорошо согласуется с выводами Kamamichi et al. (2007). Во время коротких интервалов удержания и в нейтральном положении смещения сигнал кажется более резким, чем во время активных периодов переключения. Кроме того, в нейтральном положении смещение сигнала увеличивается, поскольку кажется, что он реагирует с более мелкой релаксацией к зарядовому равновесию. Это доказывает, что электрохимические реакции в IEAP реагируют на остановку движения практически в реальном времени.Максимальные измеренные уровни напряжения, полученные в ходе этого испытания, не превышали 0,1 В для отклонения наружу на 4 мм и -0,2 В для отклонения внутрь 8 мм. Как правило, датчики с более длинными проводящими путями передают сигналы более низкого напряжения по сравнению с датчиками, расположенными ближе к разъемам измерительного устройства. Когда они подключены к проводящим путям с высоким сопротивлением, повышенное падение напряжения необходимо учитывать при проектировании и калибровке таких мембранных датчиков.

Рисунок 13 . Результаты тестов чувствительности IEAP. (A) Отклик по напряжению, полученный из сценария плавного принудительного смещения закрылка с отклонениями как внутрь, так и наружу. (B) Отклик по напряжению для сценария принудительного удара и сброса.

Сценарий вынужденного удара, изображенный на рисунке 13B, вызывает резкое повышение напряжения до 1 мВ в начале механического удара, за которым следует период выдержки с зазубринами, который заканчивается еще одним резким всплеском при высвобождении удара.После всплеска уровень напряжения асимптотически уменьшается, поскольку закрылки медленно возвращаются в свое нейтральное положение. Кажется, что ни ударный удар, ни различные периоды выдержки не влияют на наклон кривой релаксации. Кривая релаксации показывает примерно одинаковую скорость затухания для всех выполненных ударов, даже если интервалы времени между ударами меняются и одно воздействие прерывает фазу релаксации предыдущего удара. Это признак надежной работы датчика без гистерезиса таких систем.

Результаты оценки жизненного цикла

Результаты LCA представлены на рисунке 14. Для реалистичной оценки истинного спроса на энергию рассчитанные значения CED для трех стадий производства, эксплуатации и обработки в конце срока службы были преобразованы в общую первичную энергию из не- ценности возобновляемых ресурсов (PENRT). Это было сделано с учетом общей эффективности преобразования энергии 50% от калорийности топлива до выработки энергии электростанцией. Имея это в виду, физическая единица «мегаджоули» (CED и PENRT) была преобразована в более значимую единицу «кг CO ₂ эквивалентов на квадратный метр в год» (CDE и GWP) с учетом функциональной единицы LCA. один квадратный метр мембранного элемента на 1 год эксплуатации при общем сроке воздействия 100 лет.Значения PENRT составляют 47,94 МДж / м ² a для производства, 16,5 МДж / м ² a для эксплуатации и 0,66 МДж / м ² a для обработки в конце срока службы. Значения GWP составляют 2,58 кг CO ₂ экв. / М ² a для производства, 1,34 кг CO ₂ экв. / М ² a для эксплуатации и 0,21 кг CO ₂ экв. / М ² a для лечения в конце жизни.

Рисунок 14 . Результаты анализа жизненного цикла (LCA) относительно потребности в энергии и материалах, необходимых для производства, эксплуатации и обработки собранной системы в конце срока службы.Диаграммы показывают потенциал глобального потепления в килограммах CO ₂ эквивалентов на квадратный метр обшивки здания с улучшенным IEAP в год.

Обсуждение

Сводка

В этой статье представлена ​​информация о методах и результатах интеграции мягких и гибких исполнительных механизмов IEAP в плоские и предварительно растянутые мембраны с двойной кривизной. Научная цель состояла в том, чтобы доказать, что IEAP принципиально способны создавать управляемые апертуры, и продемонстрировать, что они имеют многообещающий потенциал для обеспечения функциональных возможностей датчиков для адаптивных обшивок зданий.В этой статье описывается полная цепочка процессов, включая сравнительный анализ технологий IEAP, выбор сырья, оптимизацию методов дисперсии и печати, постобработку IEAP для конкретных приложений, методы системной интеграции и процедуры автоматического тестирования. Представлены методы промышленного производства, включая использование экономичных материалов-заменителей и добавок, которые необходимы для более быстрого производства приводов и датчиков IEAP типа CNT, с лучшей воспроизводимостью рабочих характеристик и повышенной экологической устойчивостью.Описанные подходы к проектированию с помощью моделирования включают оценку и проверку кинематики срабатывания диафрагмы и концептуальную стратегию позиционирования и распределения исполнительных механизмов.

Оценка эффективности срабатывания

Общее поведение срабатывания интегрированных приводов CNT соответствует прогнозируемой кинематике срабатывания, полученной посредством моделирования. Однако для прорезанных отверстий первого демонстратора их общая производительность не оправдала ожиданий, и особенно количество неисправных приводов стало неожиданностью.

Причины неисправности разнообразны и варьируются от отсоединения электродных контактов во время первого рабочего цикла, отслоения электродов и износа исполнительного механизма из-за электрических горячих точек в структуре электрода до диффузии нагретого электролита в контактирующие нити и коротких замыканий, вызванных ручное управление и интеграция приводов. Некоторые из этих явлений, такие как образование горячих точек, хорошо известны из лабораторных прототипов и описаны в других источниках.Другие явления отказа, такие как диффузия нагретой ионной жидкости в проводники, характерны для этого проекта и, насколько известно авторам, встретились впервые. Что касается приводов, которые вышли из строя во время первого рабочего цикла, высокие уровни напряжения, приложенные для преодоления высокого контактного и линейного сопротивления проводящих путей, оказались вредными для некоторых приводов. Падение напряжения на линии и контактные сопротивления пропорциональны электрическому току, протекающему по цепи (и, следовательно, через привод).Подобно зарядке суперконденсатора, начальный зарядный ток будет быстро уменьшаться по мере образования двойных электрохимических слоев внутри электродов исполнительного механизма. Это уменьшение тока вызовет меньшее падение напряжения и, следовательно, намного более высокие заданные уровни напряжения на приводе. В конечном итоге уровень напряжения будет намного выше, чем позволяет окно электрохимического потенциала ионной жидкости. Несмотря на то, что заданные уровни напряжения были уменьшены вручную во время периода срабатывания, некоторые исполнительные механизмы были разрушены перенапряжением до того, как можно было наблюдать какую-либо деформацию.

Оценка эффективности зондирования

Предлагаемые сенсорные функции IEAP, интегрированных в оболочку мембран, были проверены. Поскольку корреляция между механическим входом и электрическим выходом известна и теперь подтверждена, IEAP может фактически представлять жизнеспособную альтернативу другим датчикам, особенно в тех областях, где мягкие и гибкие датчики имеют преимущество перед их жесткими и жесткими аналогами, например, для здоровья. блок мониторинга в мягких мембранных конструкциях.Вместо использования высокоточного лабораторного измерительного оборудования, конечно, желательно иметь компактные аналитические устройства, способные измерять и интерпретировать малые сигналы напряжения, генерируемые отклоненными IEAP. Полевые испытания с оптимизированными демонстраторами, подверженными реальным ветровым нагрузкам, еще не проводились. Скорее всего, произойдет снижение функциональности датчика в течение более длительных периодов эксплуатации, и его следует расследовать.

Полученные меры для оптимизации и интеграции привода CNT

Авторы согласны с тем, что важно подходить к потенциальным мерам оптимизации, касающимся интегрированных IEAP, в двух отдельных областях: оптимизация исполнительных механизмов и интеграция исполнительных механизмов.Что касается оптимизации привода, очевидно, что сложные структуры, такие как IEAP, не будут длиться вечно из-за разложения полимерной матрицы и медленного испарения или утечки электролитов. В результате производительность IEAP в большинстве случаев со временем снижается. Скорость падения производительности зависит в основном от количества выполненных рабочих циклов. Это означает, что IEAP необходимо точно настроить и оптимизировать в соответствии с запланированным сценарием приложения. Ионная жидкость BMI-BF ₄ была выбрана для этого проекта, потому что она обеспечивает широкий диапазон рабочих температур, подходящий для применения в строительстве.Однако другие типы ионной жидкости показали более высокую электрохимическую активность и более высокую скорость ионного обмена, что больше подходит для приложений, требующих более высоких смещений и скоростей срабатывания. В настоящее время авторами и другими учеными изучаются меры по оптимизации, такие как инкапсуляция с высокой непроницаемостью IEAP, увеличение силы за счет укладки исполнительных механизмов и новые электрохимически активные наноматериалы и композиты.

Что касается интегрирующей части исполнительного механизма, очевидно, что для питания распределенных исполнительных механизмов и датчиков необходимы токопроводящие дорожки с гораздо более высокой электропроводностью.Непредсказуемые контактные сопротивления и низкая проводимость проводящих нитей вызвали неточные настройки мощности для подключенных IEAP и привели к неизвестным состояниям системы. Очень важно передавать сигналы датчиков и электроэнергию более надежно и на гораздо большие расстояния. Тонкие медные кабели могут быть решением с аналогичными характеристиками автоматизированного обращения (TFP). Кроме того, эти проводники должны иметь электрическую изоляцию, как и медные ленты, используемые для интегрированных электродных контактов, чтобы защитить их от воздействия окружающей среды.Что касается створок в форме параболы во втором демонстраторе, трение между краями должно быть уменьшено, чтобы обеспечить более плавное и беспрепятственное открывание.

Общая оценка возможностей и ограничений и перспективы на будущее

Этот первый экспериментальный подход к использованию технологии IEAP в приложениях, связанных со строительством, показал, что практически осуществимая и надежная интеграция таких сложных электрохимических устройств остается проблемой, особенно потому, что их характеристики все еще очень чувствительны ко многим факторам, не связанным с приложением.Состав материалов, технологии производства, вспомогательные методы обработки и регуляторы мощности должны быть тщательно спроектированы и точно адаптированы для достижения желаемых рабочих характеристик в первую очередь. Основным недостатком IEAP является их слабая генерация силы, что снова было продемонстрировано этим исследованием. Улучшения, достигнутые в воспроизводимости характеристик и технологичности производства, были достигнуты за счет еще более низких изгибающих усилий, что, вероятно, представляет собой наибольшее ограничение для большинства потенциальных будущих приложений.Что касается применения в строительстве, гидрофильность ионных жидкостей может со временем вызвать ухудшение характеристик из-за влажности, неизбежно попадающей в трехслойный состав. Если они используются для создания физических миссий на открытом воздухе, устойчивость к ультрафиолетовому излучению также является проблемой, требующей решения. Другой вопрос, который возникнет в этом контексте, заключается в том, будут ли приводы или датчики IEAP подвержены влиянию загрязнения частицами и кислотного или основного загрязнения. В целом, результаты, полученные для возможностей срабатывания и восприятия, продемонстрировали принципиальную возможность использования IEAP для создания контролируемых отверстий в тканевых эластичных мембранах.Однако требуются дальнейшие усилия по оптимизации, чтобы перенести новые открытия на реальные ограждающие конструкции.

Тем не менее, авторы полагают, что техническая готовность IEAP постоянно улучшается и что в ближайшие несколько лет будет появляться все больше и больше исследований, связанных с макроскопическими приложениями. Пришло время активизировать усилия по использованию их уникальных характеристик и экспериментировать с ними в различных областях техники. Они могут иметь особенно высокий потенциал в областях, где не требуются большие силы.Массивы приводов могут быть реализованы для преобразования внутренних поверхностей и конструкций, открывая новые способы системного взаимодействия между пользователями и техническими устройствами. В течение многих лет производители автомобилей и дизайнеры интерьеров искали мягкие материалы, способные создавать визуальную или тактильную обратную связь за счет текстурирования поверхности. Как только точность и надежность достигнут достаточного уровня, эти преобразователи могут использоваться в миниатюрных высокоточных приложениях, таких как оптические системы, манипуляции с микроскопическими образцами и биомедицинские варианты использования.Внутренние сенсорные свойства IEAP могут способствовать развитию интеллектуальных тканей в области текстильного машиностроения и носимых устройств, а также обеспечивать функции интегрированного мониторинга.

Авторы этой рукописи продолжат исследования по созданию связанных возможностей использования IEAP в целом и датчиков и исполнительных механизмов на основе CNT в частности. Междисциплинарное сотрудничество с архитекторами, инженерами-технологами и экспертами в области строительной физики привело к созданию очень плодотворной и обогащающей научной среды с большим пространством для новых идей и отличной инфраструктурой для создания и тестирования оборудования.Кривая обучения до сих пор была крутой, и все участники разделяли одну общую цель: ускорить трудный путь к реальным приложениям и внедрению на рынок ионных электроактивных полимеров.

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Авторские взносы

RN: Тестирование EAP, моделирование кинематики срабатывания, электрические измерения, изготовление исполнительных механизмов, технология печати, оценка жизненного цикла и заключение.Новая Зеландия: производство исполнительных механизмов, тестирование исполнительных механизмов, технология диспергирования, интеграция исполнительных механизмов и интеграция электрических контактов. JP: мембранные ткани, архитектурные материалы и мягкая робототехника. YT: введение и целевая спецификация. JS: производство приводов и промышленное масштабирование. ИК: углеродные нанотрубки и технология диспергирования. HD: биологические материалы, бенчмаркинг, руководитель магистерской диссертации и адаптивная архитектура. TB: руководитель проекта, промышленное производство и масштабирование, эффективность производства и мягкая робототехника.Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Исследование, представленное в этой статье, было проведено в рамках Центра совместных исследований CRC 1244 (SFB1244, подпроект C03). Адаптивные оболочки и структуры для искусственной среды будущего, установленные в Университете Штутгарта в 2017 году, т.е. при поддержке Немецкого исследовательского фонда (DFG).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы признательны Немецкому исследовательскому фонду и всем партнерам, которые внесли свой вклад в развитие промышленных процессов диспергирования и производства ионных электроактивных полимеров. Особая благодарность Институту промышленного машиностроения и автоматизации им. Фраунгофера IPA за предоставление частей необходимого производственного и измерительного оборудования, необходимого для создания и определения характеристик этих новых материалов. Авторы также выражают благодарность проф.Доктору Вернеру Собеку, главе Института легких конструкций и концептуального проектирования (ILEK) Штутгартского университета и спикеру CRC 1244, за обмен идеями и ценный вклад в отношении архитектурных стандартов и физических характеристик зданий.

Список литературы

Абергель Т., Дин Б. и Дюлак Дж. (2017). На пути к созданию эффективных и устойчивых зданий и строительного сектора с нулевым уровнем выбросов . Отчет о глобальном состоянии за 2017 год. Международное энергетическое агентство; Программа ООН по окружающей среде.

Аддиналл Р., Сугино Т., Нойхаус Р., Косидло У., Тоннер Ф., Гланц К. и др. (2014). «Интеграция приводов на основе CNT для биомедицинских приложений – Пример печатной платы пипетки привода CNT», в международной конференции по усовершенствованной интеллектуальной мехатронике , (Besacon), 1436–1441.

Google Scholar

Aelenei, D., Aelenei, L., и Vieira, C.P. (2016). Адаптивный фасад: концепция, приложения, вопросы исследования. Energy Proc. 91, 269–275. DOI: 10.1016 / j.egypro.2016.06.218

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Анкетиль П. А., Риндеркнехт Д., Вандестег Н. А., Мэдден Дж. Д. и Хантер И. В. (2004). «Срабатывание при больших деформациях в полипиррольных приводах», в: Smart Structures and Materials 2004: Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) , ed Y. Bar-Cohen (San Diego, CA), 380. doi: 10.1117 / 12.540141

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аттия, С., Билир, С., Сафи, Т., Страк, К., Лоонен, Р., и Гойя, Ф. (2018). Текущие тенденции и будущие проблемы в оценке характеристик адаптивных фасадных систем. Энергетические здания 179, 165–182. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2018.09.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Baughman, R.H., Cui, C., Zakhidov, A.A., Iqbal, Z., Barisci, J.N., Spinks, G.M., et al. (1999). Приводы из углеродных нанотрубок. Наука 284, 1340–1344. DOI: 10.1126 / science.284.5418.1340

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bay, L., West, K., Sommer-Larsen, P., Skaarup, S., and Benslimane, M. (2003). Искусственная мышца из проводящего полимера с линейной деформацией 12%. Adv. Матер. 15, 310–313. DOI: 10.1002 / adma.2003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Берарди, У. (2010). Применение диэлектрических электроактивных полимеров в зданиях. Интеллект. Здания Int. 2, 167–178. DOI: 10.3763 / инби.2010.0043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chang, L., Liu, Y., Yang, Q., Yu, L., Liu, J., Zhu, Z., et al. (2018). Ионные электроактивные полимеры, используемые в бионических роботах: обзор. J. Bio. Англ. 15, 765–782. DOI: 10.1007 / s42235-018-0065-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чо, М., Со, Х., Нам, Дж., Чой, Х., Ку, Дж., И Ли, Ю. (2007). Высокая ионная проводимость и механическая прочность твердых полимерных электролитов на основе NBR / ионной жидкости и ее применение в электрохимическом актуаторе. Приводы Sens. B. Chem. 128, 70–74. DOI: 10.1016 / j.snb.2007.05.032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кремерс Дж., Палла Н., Бак Д., Бек А., Бизингер А. и Бродкорб С. (2016). Анализ полупрозрачной утепленной трехслойной мембранной крыши для спортивного центра в Германии. Proc. Англ. 155, 38–46. DOI: 10.1016 / j.proeng.2016.08.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Декер М. (2013). «НЕОБХОДИМОЕ БУДУЩЕЕ: нанотехнологии и новые материалы в архитектуре», на конференции Techtonics of Teaching (Ньюпорт, Великобритания: Общество преподавателей строительных технологий).

Google Scholar

Девидар, К. (2013). «Живая кожа: новая концепция самоактивных систем регулирования ограждающих конструкций. . (Объединенные Арабские Эмираты).

Google Scholar

Фукусима, Т., Асака, К., Косака, А., и Аида, Т. (2005). Полностью пластиковый актуатор за счет послойного литья бакки-гелем на основе ионной жидкости. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 44, 2410–2413. DOI: 10.1002 / anie.200462318

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Haase, W., Klaus, T., Schmid, F., Sobek, W., Sedlbauer, K., Schmidt, T., et al. (2011). Adaptive textile und folienbasierte gebäudehüllen. Bautechnik 88, 69–75. DOI: 10.1002 / bate.201110005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Habermann, K. J., and Koch, K.-M. (2004). Мембранные конструкции: инновационное строительство из пленки и ткани . Мюнхен: Prestel Publishing Ltd.

Google Scholar

Хара, С., Зама, Т., Такашима, В., и Кането, К.(2004). Искусственные мышцы на основе полипиррольных актуаторов с электрически индуцированными большими деформациями и напряжениями. Polym. J. 36, 151–161. DOI: 10.1295 / polymj.36.151

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Яноча, Х. (2004). Приводы: основы и применение . Гейдельберг: Springer.

Google Scholar

Янссенс А. (1998). Надежный контроль межклеточной конденсации в легких кровельных системах: методы расчета и оценки .Лёвен: s.n.

Google Scholar

Хуаристи М., Монж-Баррио А., Кнаак У. и Гомес-Асебо Т. (2018). Умные и многофункциональные материалы и их возможное применение в фасадных системах. J. Дизайн фасадов Eng. 6, 19–33. DOI: 10.7480 / jfde.2018.3.2475

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Камамичи, Н., Ямакита, М., Асака, К., Луо, З.-В., и Мукаи, Т. (2007). «Сенсорные свойства нового устройства EAP с бакки-гелем на основе ионной жидкости», в: IEEE Sensors , (Атланта, Джорджия, США), 221–224.

Google Scholar

Ким, Б., Мок, Б., Рю, У., О, И.-Х., Ли, С.К., Ча, С.-Э. и др. (2003). «Анализ механических характеристик привода из ионно-полимерно-металлического композита (IPMC) с использованием литой ионообменной пленки», in Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering , Vol. 5051. DOI: 10.1117 / 12.484296

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, К., и Шахинпур, М. (2002). Новый метод производства трехмерных биомиметических сенсоров, исполнительных механизмов и искусственных мышц из ионных композитов полимер-металл (IPMC). Полимер 43, 797–802. DOI: 10.1016 / S0032-3861 (01) 00648-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кляйн, Т., и Кнаак, У. (2015). Адаптивные оболочки зданий, разработка компонентов, а также стратегии реализации. J. Дизайн фасадов Eng . 3: 2. DOI: 10.7480 / jfde.2015.2.1011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кошир, М. (2016). «Адаптивная оболочка здания: комплексный подход к управлению внутренней средой в зданиях», в Automation and Control Trends , ред.Понсе, А. М. Гутьеррес, Л. М. Ибарра (InTech), 121–148. DOI: 10.5772 / 64951

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Круусамяэ К., Паннинг А., Ааблоо А. и Асака К. (2015). Самочувствительные ионно-полимерные актуаторы: обзор. Приводы 4, 17–38. DOI: 10.3390 / act4010017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоонен, Р. К. Г. М., Фавойно, Ф., Рико-Мартинес, Дж. М., и Бжезицки, М. (2015). «Дизайн для адаптируемости фасада: к единой и систематической характеристике», 10-я конференция по усовершенствованным строительным покрытиям (Берн), 1284–1294.

Google Scholar

Меллинг Д., Мартинес Дж. Г. и Ягер Э. У. Х. (2019). Электроприводы и устройства из сопряженных полимеров: успехи и возможности. Adv. Матер. Вайнхайм 31: e1808210. DOI: 10.1002 / adma.201808210

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мосе А., Готье Д. и Кофод Г. (2012). На пути к взаимосвязанности: присвоение гибких структур с минимумом энергии в архитектурном контексте. Шпилька.Матер. Считать. 7, 1–11.

Google Scholar

Муст И., Каасик Ф., Пылдсалу И., Михкельс Л., Йохансон У., Паннинг А. и др. (2015). Ионная и емкостная искусственная мышца для биомиметической мягкой робототехники. Adv. Англ. Матер. 17, 84–94. DOI: 10.1002 / adem.201400246

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Накшатхаран С., Вундер В., Пылдсалу И., Йохансон У., Паннинг А. и Ааблоо А. (2018). Моделирование и управление ионными электроактивными полимерными актуаторами в условиях изменяющейся влажности. Приводы 7: 7. DOI: 10.3390 / act7010007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Neuhaus, R., Bitzer, V., Jablockin, J., Glanz, C., Kolaric, I., Siegert, J., et al. (2019a). «Приводы и массивы ионных УНТ – к рентабельному производству за счет масштабируемого диспергирования и процессов печати», в 2019 IEEE / ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM) (IEEE), 56–61.

Google Scholar

Neuhaus, R., Гланц, К., Коларич, И., и Бауэрнхансл, Т. (2019b). «Электроактивные приводы CNT-полимер-: состояние науки и технологий и их медленный подход к архитектурным приложениям », на ежегодной конференции NanoCarbon , Nanoinitiative Bayern GmbH / Cluster Nanotechnology (Вюрцбург).

Окузаки, Х., Фунасака, К. (1999). Электроприводный привод из полипиррольной пленки, работающий на воздухе. J. Intelligence. Матер. Syst. Struct. 10, 465–469.

Google Scholar

Paech, C.(2016). Конструкционные мембраны, применяемые в фасадах современных зданий. Proc. Англ. 155, 61–70. DOI: 10.1016 / j.proeng.2016.08.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Палмре В., Тороп Дж., Арулепп М., Сугино Т., Асака К., Янес А. и др. (2012). Влияние добавок углеродных нанотрубок на электроактивные полимерные актуаторы на основе карбида. Углерод 50, 4351–4358. DOI: 10.1016 / j.carbon.2012.04.071

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк, м., Ким, Дж., Сонг, Х., Ким, С., и Чон, М. (2018). Быстрые и стабильные ионные электроактивные полимерные актуаторы с нанокомпозитными электродами PEDOT: PSS / графен-Ag-нанопроволока. Датчики 18: 3126. DOI: 10.3390 / s18093126

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Плессе К., Видаль Ф., Рандриамахазака Х., Тейсси Д. и Шевро К. (2005). Синтез и характеристика проводящих взаимопроникающих полимерных сетей для новых приводов. Полимер 46, 7771–7778.DOI: 10.1016 / j.polymer.2005.03.103

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пылдсалу И., Рохтлайд К., Нгуен Т. М. Г., Плессе К., Видаль Ф., Хоррам М. С. и др. (2018). Трехслойные приводы с тонкой струйной печатью, состоящие из PEDOT: PSS на взаимопроникающих полимерных сетках. Сенсорные приводы B: Chem. 258, 1072–1079. DOI: 10.1016 / j.snb.2017.11.147

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Прайзингер, К. (2019). Карамба3D: Параметрическая инженерия .Вена: Bollinger und Grohmann ZT GmbH.

Паннинг А., Муст И., Пылдсалу И., Вундер В., Теммер Р., Круусамяэ К. и др. (2014). Измерения срока службы ионных электроактивных полимерных приводов. J. Intelligence. Матер. Syst. Struct. 25, 2267–2275. DOI: 10.1177 / 1045389X14546656

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Райхерт С., Менгес А. и Корреа Д. (2015). Метеочувствительная архитектура: биомиметические оболочки зданий, основанные на материально встроенной и гигроскопической чувствительности. Комп. Дизайн помощи 60, 50–69. DOI: 10.1016 / j.cad.2014.02.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ринне П., Пылдсалу И., Йохансон У., Тамм Т., Пыхако-Эско К., Паннинг А. и др. (2019). Инкапсуляция ионных электромеханически активных полимерных приводов. Smart Mater. Struct. 28: 74002. DOI: 10.1088 / 1361-665X / ab18c0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рот С. и Боуман Р. Х. (2002). Актуаторы индивидуальных углеродных нанотрубок. Curr. Прил. Phys. 2, 311–314. DOI: 10.1016 / S1567-173

116-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ru, J., Bian, C., Zhu, Z., Wang, Y., Zhang, J., Horiuchi, T., et al. (2019). Управляемый и прочный ионный электроактивный полимерный актуатор на основе электрода из нанопористой углеродной нанотрубки. Smart Mater. Struct. 28: 85032. DOI: 10.1088 / 1361-665X / ab2a28

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сенаторе, Г., Дюфур, П., и Уинслоу, П. (2018a). Энергетическая и стоимостная оценка адаптивных конструкций: примеры из практики. J. Struct. Англ. 144: 4018107. DOI: 10.1061 / ASCEST.1943-541X.0002075

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сенаторе, Г., Даффур, П., и Уинслоу, П. (2018b). Изучение области применения адаптивных структур. Eng. Struct. 167, 608–628. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2018.03.057

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сенаторе, Г., Даффур, П., и Уинслоу, П. (2019). Синтез минимально энергоадаптивных структур. Struct. Мультидиск. Оптим. 60, 849–877. DOI: 10.1007 / s00158-019-02224-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шахинпур М. и Ким К. Дж. (2001). Ионные композиты полимер-металл: I. Основы. Smart Mater. Struct. 10, 819–833. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 10/4/327

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шахинпур, М., Ким, К. Дж., и Лео, Д. Дж. (2003). Ионные полимерно-металлические композиты как многофункциональные материалы. Polym. Compos. 24, 24–33. DOI: 10.1002 / pc.10002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Симайте, А. (2015). Разработка ионно-электроактивных приводов с улучшенной межфазной адгезией: на пути к созданию искусственных мышц для струйной печати . Тулуза: INSA de Toulouse, Микро- и нанотехнологии / Микроэлектроника.

Google Scholar

Собек, В.(2015). Das Triple Zero-Gebäude: Null Energie, Null Emissionen, null Abfall . 15. Münchner Wissenschaftstage: Städte der Zukunft.

Спинкс, Г. М., Моттагиталаб, В., Бахрами-Самани, М., Уиттен, П. Г. и Уоллес, Г. Г. (2006). Полианилиновые волокна, армированные углеродными нанотрубками, для создания высокопрочных искусственных мышц. Adv. Матер. 18, 637–640. DOI: 10.1002 / adma.200502366

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сугино, Т., Киёхара, К., Такеучи, И., Мукаи, К., Асака, К. (2011). Улучшение исполнительного отклика композитов углеродные нанотрубки / ионная жидкость за счет добавления проводящих наночастиц. Углерод 49, 3560–3570. DOI: 10.1016 / j.carbon.2011.04.056

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сунг, Д. К. (2011). «Глубокая кожа: заставляем строительную оболочку дышать с помощью умных термобиметаллов», в Где вы находитесь: 99-е ежегодное собрание ACSA, 3-6 марта 2011 г., Монреаль, Канада, , ред. А. Перес Гомес, А.Кормье и А. Педрет (Вашингтон, округ Колумбия: ACSA Press, 145–152,

Google Scholar

Тамагава, Х., Окада, К., Мулембо, Т., Сасаки, М., Наито, К., Нагаи, Г. и др. (2019). Одновременное увеличение изгибающей и блокирующей силы ионного полимерно-металлического композита (ИПМК) за счет активного использования его материала изменяет характеристики. Приводы 8:29. DOI: 10.3390 / act8010029

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан Т., Ян Д.-Х., Ван Л., Zhang, J.-R., и Yi, T.-H. (2019). Разработка и применение системы мониторинга состояния конструкций в длиннопролетных кабельно-мембранных конструкциях. Earthq. Англ. Англ. Виб. 18, 461–474. DOI: 10.1007 / s11803-019-0484-y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Таубер М., Фельдкамп Д., Кристиан Г., Айлке Х., Тилль З. и Тобиас С. (2019). Строим жилье будущего . Мюнхен: Boston Consulting Group.

Google Scholar

Терасава, Н.(2017). Высокоэффективные ионные и неионные гибридные гелевые актуаторы фторполимер / ионная жидкость на основе однослойных углеродных нанотрубок. RSC Adv. 7, 2443–2449. DOI: 10.1016 / j.matpr.2019.10.044

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Организация Объединенных Наций (2017 г.). Перспективы народонаселения мира: редакция 2017 г .: основные выводы и предварительные таблицы . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Организация Объединенных Наций.

Видаль, Ф., Плессе, К., Палапрат, Г., Югер, Дж., Ситерин, Дж., Хеддер, А., и другие. (2008). Синтез и характеристика ВПС для электрохимических приводов. АСТ 61, 8–17. DOI: 10.4028 / www.scientific.net / AST.61.8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вундер В., Паннинг А. и Ааблоо А. (2012). Механическая интерпретация обратной релаксации ионных электроактивных полимерных исполнительных механизмов. Smart Mater. Struct. 21: 115023. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 21/11/115023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ямато, К., Мукаи, К., Хата, К., и Асака, К. (2012). Быстродвижущийся биморфный актуатор на основе электрохимически обработанных миллиметровых электродов из углеродных нанотрубок и ионно-жидкого геля. Внутр. J. Smart Nano Mater. 3, 263–274. DOI: 10.1080 / 19475411.2011.652992

CrossRef Полный текст | Google Scholar