Non-destructive testing of graphene/epoxy composites using terahertz waves
Abstract
Earlier experiments have shown that composites that include carbon fibers can exhibit
significant transmission of Terahertz (THz) waves, in spite of the good electrical conductivity of
carbon fibers. This observation resulted in the following question: What is the relationship
between the electrical conductivity and the THz-transmission of graphene/epoxy composites?
Graphene, which consists of a single layer of carbon atoms arranged in a hexagonal lattice, has
attracted significant interest the last years. The unusual properties of graphene include high
strength, and good conductance of electricity and heat. Mixing of graphene powder into epoxy
may open up the possibility of obtaining a composite with interesting properties, for example
for applications within electromagnetic shielding. Previous studies of the electrical properties of
graphene/epoxy composites have been reported, but to our knowledge, Terahertz (THz) waves
have not previously been used to characterize such composites.
In this study, epoxy samples with dispersed graphene powder were characterized
experimentally in two different ways. In the first set of experiments, the electrical conductivity of
the samples was measured. In the second set of experiments, transmission of THz waves
through the samples was used to retrieve the dielectric material parameters. Finally, the
measured THz transmission was compared to results from the electrical conductivity
measurements. It turned out that the electrical conductivity was several orders of magnitude too
low to explain the absorption of THz waves.
This study is of a more fundamental nature, but based on this material system, there can be
immediate significance for military applications, such as radar absorbers. The same composite
materials can also be relevant to other military applications. I tidligere eksperimenter er det observert at karbonfiber/epoksy-kompositter kan transmittere
Terahertz (THz)-bølger – til tross for den gode elektriske ledningsevnen til karbonfibrene. Dette
formet utgangspunktet for studien beskrevet i denne rapporten: Hva er sammenhengen mellom
den elektriske ledningsevnen og transmittans i THz-frekvensområdet for kompositter laget av
grafén og epoksy?
Grafén, som består av et enkelt lag av karbonatomer, har fått mye oppmerksomhet de siste åra.
Noen av de uvanlige egenskapene er fantastisk styrke og god ledningsevne for både elektrisk
strøm og varme. Når grafén blandes i epoksy, får man kompositter med interessante
egenskaper, for eksempel skjerming for elektromagnetisk stråling. Det fins noe litteratur om
materialets ledningsevne, men så vidt vi kan bedømme, er ikke THz-stråling blitt benyttet for å
karakterisere komposittenes transmisjon.
Epoksyprøver med dispergert grafénpulver ble undersøkt eksperimentelt i to forskjellige oppsett.
I de første eksperimentene ble den elektriske ledningsevnen til prøvene målt. I de andre
eksperimentene ble transmisjon av THz-bølger gjennom prøvene brukt til å finne de dielektriske
materialparameterne. Til slutt ble resultatene fra THz-målingene sammenlignet med resultatene
fra ledningsevnemålingene. Det viste seg at den elektriske ledningsevnen var flere
størrelsesordener for lav til å forklare den målte absorpsjonskoeffisienten for THz-strålingen.
Den rapporterte studien er av mer fundamental art, men kan umiddelbart være av betydning for
grafén/epoksy-kompositter som anvendes i radarabsorbere. De samme komposittmaterialene
kan også være relevante for andre militære anvendelsesområder.
Collections
Related items
Showing items related by title, author, creator and subject.
-
Eksponering for skyterøyk i pansrede kjøretøy
Author::Johnsen, Ida Vaa; Author::Johnsen, Arnt; Author::Karsrud, Tove Engen (2017-11-30)Under skyteøvelser med panserkjøretøy blir personell utsatt for skyterøyk. For å avdekke hvilke konsentrasjoner det gjelder, ble det bestemt at det skulle utføres målinger. I samarbeid med Forsvaret valgte Forsvarets ... -
Overvåking av sauer på Leksdal skyte- og øvingsfelt
Author::Johnsen, Ida Vaa; Author::Mariussen, Espen (2017-12-06)Forsvarets skyte- og øvingsfelt (SØF) inneholder metallforurensinger som bly (Pb) og kobber (Cu) fra ammunisjonsrester. Norske SØF er sjelden inngjerdet og kan derfor være en del av utmarksbeitet for dyr fra nærliggende ... -
Videreutvikling av forsvarssektorens innovasjonsmodell – trekantmodellen versjon 2.0
Author::Bjørk, Hanne Marit; Author::Iversen, Sigurd; Author::Skøelv, Åge; Author::Sendstad Ole Jakob (2018-10-16)Norsk forsvarsindustri har opplevd en betydelig utvikling i etterkrigstiden, noe som har gitt Norge en posisjon som nisjebasert leverandør av svært konkurransedyktige høyteknologiske produkter til et proteksjonistisk ...