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

無論是在飛機(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之前導(dǎo)致災(zāi)難性的事故。提前對裂紋乃至應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測，是各類工程的緊迫需求。近日，美國萊斯大學(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)隊開發(fā)，實際上是一層幾乎看不見的非常薄的膜。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，可以通過光譜來監(jiān)測應(yīng)力隨時間的變化情況。圖片來源：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，蒙皮中的碳納米管會發(fā)出熒光。蒙皮所承受的機(jī)械應(yīng)變大小不同，碳納米管就會發(fā)出不同波長的熒光。因此，通過分析納米管發(fā)射的近紅外光的波長，手持讀取設(shè)備就可以確定施加在蒙皮任何一個區(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)隊已經(jīng)在鋁棒上對蒙皮開展了測試。試驗鋁棒在一個開孔處產(chǎn)生了肉眼不可見的應(yīng)力集中，而一旦鋁棒敷上了傳感蒙皮，在激光照射時就能很直觀地顯示出結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域的位置。

實驗（左）和模擬（右）的鋁棒開孔周圍的應(yīng)變顯示圖像。圖片來源：Satish Nagarajaah Group/Weisman Research Group

此外，這種蒙皮對應(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)隊正致力于開發(fā)和改進(jìn)應(yīng)變讀取設(shè)備，并推動碳納米管智能蒙皮的商業(yè)化。

來源：紡織導(dǎo)報

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