| 東北大學的研究人員開發出一種新型材料,可通過發光余輝記錄基礎設施的應力歷史,為解決基礎設施老化問題提供了一種無需電源、易于集成的解決方案。這種材料不需要復雜的設備就能長時間存儲應力數據,與物聯網技術相結合,簡化了結構診斷,減少了人力和成本。 資料來源:Tomoki Uchiyama, Chao-Nan Xu et al. 識別和修復老化的基礎設施同樣具有挑戰性。然而,日本東北大學的研究人員通過開發一種創新型新材料,使這一過程變得更加容易。這種材料會對機械刺激做出反應,通過一種叫做"余輝"的發光效應記錄應力歷史。通過將這種材料應用于結構表面,研究人員可以觀察余輝的變化,從而確定材料所經歷的應力大小。 東北大學教授、該研究的通訊作者徐朝南指出:"我們的材料之所以具有真正的創新性,是因為它無需電源、復雜的設備或現場觀察即可運行,而且很容易與物聯網技術相結合。" 在日本,基礎設施老化已成為一個重大問題,導致對可防止事故和/或延長結構壽命的新診斷技術的需求增加。 機械發光材料在受到機械刺激時會發出熒光,將這種材料應用于結構表面可以開發出裂縫檢測和應力可視化等技術。但是,只有在機械刺激的瞬間才能觀察到發光,而且無法檢索到過去機械刺激的信息。 本研究首次通過余輝展示了多壓電機械發光材料 Li0.12Na0.88NbO3的應力記錄(MR)功能。與只能實時測量機械信息的傳統 ML 材料不同,新型 MR 功能有望在捕捉應力的歷史分布方面發揮重要作用。圖片來源:Tomoki Uchiyama、Chao-Nan Xu 等人 研究人員探索了各種能夠記錄過去機械負載歷史的材料。這些材料通常將應力發光材料與光敏材料結合在一起,形成一個材料在機械應力作用下發光的系統,這種光可以被保存下來,隨后通過分析重建應力歷史。然而,這些材料面臨著一些挑戰:復雜的分層結構、暗反應和長期記錄性能。此外,雖然某些熒光團在受熱時會顯示過去的負載歷史,但其應用僅限于能夠承受高溫的材料。 徐和她的同事發現了一種利用摻雜Pr的Li0.12Na0.88NbO3(LNNO)記錄應力的簡單而環保的方法。這種 LNNO 具有機械記錄功能,這意味著它甚至可以檢索過去的應力事件。 要檢索過去的應力信息,可在物體表面涂上一層 LNNO,然后用手電筒照射。LNNO 產生的余輝可通過攝像頭或光傳感器進行測量。研究表明,余輝圖像與通過有限元法分析獲得的結果在數量上相吻合。此外,研究還證實,即使在五個月后,LNNO 仍能保留這些應力信息。 徐補充說:"我們的研究成果有望緩解結構診斷方面的人才短缺問題,并降低成本。" 編譯自/ScitechDaily |