有了這層"智能皮膚"，結(jié)構(gòu)應(yīng)變及損傷輕松掌控

無(wú)論是在飛機(jī)、橋梁還是其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中，裂紋都可能在大到足以被肉眼察覺(jué)之前導(dǎo)致災(zāi)難性的事故。提前對(duì)裂紋乃至應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是各類(lèi)工程的緊迫需求。近日，美國(guó)萊斯大學(xué)（Rice University）研發(fā)了一種神奇的智能應(yīng)變傳感蒙皮，可在激光照射時(shí)發(fā)出熒光，顯示結(jié)構(gòu)物的變形情況。

這種智能蒙皮由萊斯大學(xué)的Bruce Weisman和Satish Nagarajaiah領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，實(shí)際上是一層幾乎看不見(jiàn)的非常薄的膜。它由分散在聚合物中的碳納米管底層和由不同類(lèi)型的聚合物組成的頂部透明保護(hù)層組成。

當(dāng)碳納米管薄膜附著在表面上時(shí)，可以通過(guò)光譜來(lái)監(jiān)測(cè)應(yīng)力隨時(shí)間的變化情況。圖片來(lái)源：Satish Nagarajaah Group/Weisman Research Group

這種碳納米管在微觀結(jié)構(gòu)上是卷起的石墨烯，即單原子厚度的碳原子片。 與一般的碳納米管一樣，當(dāng)受到激光照射時(shí)，蒙皮中的碳納米管會(huì)發(fā)出熒光。蒙皮所承受的機(jī)械應(yīng)變大小不同，碳納米管就會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的熒光。因此，通過(guò)分析納米管發(fā)射的近紅外光的波長(zhǎng)，手持讀取設(shè)備就可以確定施加在蒙皮任何一個(gè)區(qū)域上的應(yīng)變量，從而確定蒙皮下結(jié)構(gòu)物的健康狀況。

研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在鋁棒上對(duì)蒙皮開(kāi)展了測(cè)試。試驗(yàn)鋁棒在一個(gè)開(kāi)孔處產(chǎn)生了肉眼不可見(jiàn)的應(yīng)力集中，而一旦鋁棒敷上了傳感蒙皮，在激光照射時(shí)就能很直觀地顯示出結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域的位置。

實(shí)驗(yàn)（左）和模擬（右）的鋁棒開(kāi)孔周?chē)膽?yīng)變顯示圖像。圖片來(lái)源：Satish Nagarajaah Group/Weisman Research Group

此外，這種蒙皮對(duì)應(yīng)變的分辨率也非常高。一般的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變傳感器的空間分辨率為幾毫米，反映的是幾毫米區(qū)域內(nèi)的平均應(yīng)變，但這種智能蒙皮可以顯示相距僅1mm的不同位置的應(yīng)變差異。研究人員表示，未來(lái)應(yīng)變分辨率精度還可以進(jìn)一步縮小到目前的1/20。目前，研究團(tuán)隊(duì)正致力于開(kāi)發(fā)和改進(jìn)應(yīng)變讀取設(shè)備，并推動(dòng)碳納米管智能蒙皮的商業(yè)化。

來(lái)源：紡織導(dǎo)報(bào)

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