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碳材料在通電條件下的電化學膨脹行為（使用高速數字圖像相關（DIC）系統解析）。
1、實驗背景
石墨烯、碳納米管等碳基材料在通電條件下呈現電致膨脹現象，涉及電-熱-力多場耦合效應，與電荷傳輸、焦耳熱效應及晶格振動密切相關，是開發柔性電子、電致動器、人工肌肉的基礎。傳統測量方法難以捕捉毫秒級膨脹過程，某材料實驗室，引入中科君達視界的數字圖像相關（DIC）技術，高速、非接觸、全場測量碳材料表面的位移與應變分布，為多物理場耦合模型提供實驗驗證數據。
2、實驗設計
2.1 實驗設備
高速攝像機：采用中科君達視界自研的千眼狼高分辨率高速攝像機G520_Pro，2560×1920@2000fps，用于捕捉碳材料膨脹瞬態序列圖像。
數字圖像相關（DIC）軟件：千眼狼RDIC應變測量軟件，用于追蹤數字散斑，計算逐幀位移場與拉格朗日應變。
碳材料試件為多層石墨復合材料，通電裝置提供可控電流電壓，模擬實際電化學工況。
2.2 實驗過程：
第一步 搭建高速DIC測量系統，視場覆蓋5 cm×5 cm；
第二步 將試件放置于試驗臺上，啟動電流電壓裝置；
第三步 調整LED光源，消除試件表面反光，千眼狼高速攝像機G520_Pro采集幀率設置為500幀/秒，記錄時間1秒，捕捉膨脹瞬態圖像；
第四步 利用DIC軟件進行位移與應變后處理計算。
2.3 測量點選取
實驗中選取2個階段點，通過DIC分析比對應變差異，揭示碳材料通電膨脹的空間異質性。
階段點0：位于試件中心，受邊界效應影響小，可反映材料本征響應。
階段點1：位于試件邊緣，受邊界約束、電流密度梯度影響，易產生應力集中。
3. 實驗數據
基于千眼狼高速攝像機G520_Pro采集的圖像序列及RDIC軟件處理，獲取了碳材料試件通電后1.0 s內的全場位移與應變演化數據，重點分析沿電流主軸方向即Exx方向的面內應變及合位移分布，發現如下：
3.1 應變隨時間序列變化特征
中心點：Exx應變在0~0.5 s內快速上升，呈正向拋物線增長，t=0.5 s達到拉伸應變峰值30000 με。表明碳材料在通電瞬間，電流注入引起的焦耳熱效應，導致材料溫度升高，熱膨脹進一步加劇層間間距，從而導致應變急劇增加。0.5~1.0 s階段應變曲線非線性衰減，t=1.0 s回落至5000 με，表明材料達到最大膨脹后開始發生應力釋放，同時碳材料的多孔結構發生微變形，導致應變回落。
邊緣點：相同時間范圍內，Exx方向應變呈負向變化，表現為反拋物線趨勢，0.5 s達到谷值約-3000 με，表明此邊緣區域受邊界約束，中心區域的膨脹行為對邊緣形成徑向擠壓，導致Exx發生收縮，符合泊松效應。0.5 s后應變逐漸恢復至零，說明隨著中心區域應變回落，邊緣約束應力逐漸弛豫。
3.2 位移場空間分布特征
全場位移從邊緣到中心存在明顯的穹頂型梯度分布，合位移峰值出現在中心邊緣環狀帶，邊緣點的合位移約0.8 mm、中心點的合位移低于0.3 mm，均低于環狀帶。
中心點：中心區域經歷拉伸應變，但位移模式主要是垂直于碳材料試件表面的離面位移，即隆起狀態，但其面內徑向位移趨于0，故二者矢量和即合位移較低，＜0.3 mm。
環狀高位移帶：該區域是連接劇烈膨脹的中心和邊緣的過渡區域，環狀帶材料發生顯著的離面位移，且承受強烈的徑向拉伸，離面與面內位移疊加，導致了合位移矢量和達到最大值。
邊緣點：邊緣區域受夾具或自身幾何約束位移被限制，但受內部膨脹材料驅動，產生了一定的面內位移，合位移＞0.8 mm，驗證了碳材料在通電過程中的非均勻膨脹。
4、實驗結論
I. 實驗使用千眼狼高速數字圖像相關（DIC）系統有效測量了碳材料在通電條件下毫秒級的應變場與位移場。
II. 高速DIC系統解析了局部膨脹不均勻性及其力學機理：碳材料通電膨脹是電-熱-力序列耦合過程，即電流注入后，材料中心區在焦耳熱劇增下發生熱膨脹并對周圍區域產生拉扯，邊緣區在邊界約束下產生負應變為主，環狀區則表現為隆起+徑向擴張的復合運動，最終呈現 “穹頂梯度分布” 。
III. “穹頂梯度分布” 將有助于研究人員定位碳材料形變能量集中區域—環狀帶，為電致動材料關鍵響應區域的結構設計，提高疲勞壽命提供數據支撐。
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