美研发碳纳米管蒙皮 可用激光照射产生荧光直观显示结构应变

2018-11-19 来源:中国船舶工业综合技术经济研究院 发布:高端装备产业研究中心

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  无论是在飞机机翼、桥梁还是其他关键结构中,裂纹都可能在大到足以被肉眼察觉之前导致灾难性的事故。提前对裂纹乃至应变进行监测,是各类工程的紧迫需求。近日,由美国莱斯大学研发的碳纳米管应变传感蒙皮,可在激光照射时发出荧光,显示结构物的变形情况。

 

  这种智能蒙皮由莱斯大学的布鲁斯·韦斯曼(Bruce Weisman)和萨蒂什·纳加拉贾(Satish Nagarajaiah)领导的团队开发,实际上是一层几乎看不见的非常薄的薄膜。它由分散在聚合物中的碳纳米管底层和由不同类型的聚合物组成的顶部透明保护层组成。这种碳纳米管在微观结构上是卷起的石墨烯,即单原子厚度的碳原子片。

 

  与一般的碳纳米管一样,当受到激光照射时,蒙皮中的碳纳米管会发出荧光。蒙皮所承受的机械应变大小不同,碳纳米管就会发出不同波长的荧光。因此,通过分析纳米管发射的近红外光的波长,手持阅读器设备就可以确定施加在皮肤任何一个区域上的应变量——从而确定施加在蒙皮下结构物的应变量。

 

  研究团队已经在铝棒上对蒙皮开展了测试。试验铝棒在一个开孔处产生了肉眼不可见的应力集中,但一旦敷上传感蒙皮,在激光照射时就能很直观明显地显示结构的薄弱区域的位置。

 

  此外,这种蒙皮对应变的分辨率非常高。一般的标准应变传感器的空间分辨率为几毫米,反映的是几毫米区域内的平均应变,但这种智能蒙皮可以显示相距仅1毫米的不同位置的应变差异。根据作者韦斯曼的说法,未来应变分辨率精度还可以进一步缩小到目前的1/20。

 

  目前,研究团队正致力于开发和改进应变读取设备,并推动碳纳米管智能蒙皮的商业化。