有了這層"智能皮膚"，結構應變及損傷輕松掌控

無論是在飛機、橋梁還是其他關鍵結構中，裂紋都可能在大到足以被肉眼察覺之前導致災難性的事故。提前對裂紋乃至應變進行監測，是各類工程的緊迫需求。近日，美國萊斯大學（Rice University）研發了一種神奇的智能應變傳感蒙皮，可在激光照射時發出熒光，顯示結構物的變形情況。

這種智能蒙皮由萊斯大學的Bruce Weisman和Satish Nagarajaiah領導的團隊開發，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層組成。

當碳納米管薄膜附著在表面上時，可以通過光譜來監測應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構上是卷起的石墨烯，即單原子厚度的碳原子片。 與一般的碳納米管一樣，當受到激光照射時，蒙皮中的碳納米管會發出熒光。蒙皮所承受的機械應變大小不同，碳納米管就會發出不同波長的熒光。因此，通過分析納米管發射的近紅外光的波長，手持讀取設備就可以確定施加在蒙皮任何一個區域上的應變量，從而確定蒙皮下結構物的健康狀況。

研究團隊已經在鋁棒上對蒙皮開展了測試。試驗鋁棒在一個開孔處產生了肉眼不可見的應力集中，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構薄弱區域的位置。

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

此外，這種蒙皮對應變的分辨率也非常高。一般的標準應變傳感器的空間分辨率為幾毫米，反映的是幾毫米區域內的平均應變，但這種智能蒙皮可以顯示相距僅1mm的不同位置的應變差異。研究人員表示，未來應變分辨率精度還可以進一步縮小到目前的1/20。目前，研究團隊正致力于開發和改進應變讀取設備，并推動碳納米管智能蒙皮的商業化。

來源：紡織導報

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