211service.com
Šviesą skleidžianti guma gali pajusti konstrukcinius pažeidimus
Prinstono universiteto mokslininkai sukūrė naujo tipo jutiklį, kuris galėtų padėti inžinieriams greitai įvertinti pastato ar tilto būklę. Jutiklis yra organinis lazeris, nusodintas ant gumos lakšto: kai jis ištemptas (pavyzdžiui, susidaro įtrūkimas), jo skleidžiamos šviesos spalva pasikeičia.
Idėja kilo iš minties, kad galbūt įmanoma padengti dideles konstrukcijas, tokias kaip tiltai, apvalkalu, kurį naudojant galima aptikti konstrukcijos deformaciją iš tolo. Sigurdas Vagneris , Prinstono universiteto elektrotechnikos profesorius, sukūręs tempiamą lazerinį jutiklį kartu su Prinstono mokslininku Patricku Görrnu. Darbas buvo paskelbtas praėjusį mėnesį Pažangios medžiagos .
Daugiau nei dešimtmetį mokslininkai tyrinėjo būdus, kaip sukurti tankius jutiklių masyvus, galinčius aprėpti didelius plotus. Jutimo odos ypač įdomios statybos inžinieriams, kurie žino, kaip svarbu aptikti infrastruktūros žalą, kad būtų išvengta tokių nelaimių, kaip 2007 m. sugriuvus tiltui Mineapolyje. Iš tikrųjų labai svarbu sukurti geresnius jutiklius, kuriuos būtų galima pritaikyti infrastruktūros sistemoms, sako Džeromas Linčas , Mičigano universiteto civilinės ir aplinkos inžinerijos profesorius.
Tradiciniai deformacijos jutikliai tiesiog matuoja įtampą tam tikroje linijoje. Vienas iš tokių jutiklių yra laidas, kuris keičia varžą, kai yra įtemptas. Kitas tipas yra optinis pluoštas, kuris rodo deformaciją, kai šviesa, įšvirkščiama į vieną galą, yra išsklaidyta dėl konstrukcijos defekto. Tačiau problema kyla, jei pažeidimas atsiranda tarp jutiklių - sunku ją aptikti, sako Branko Glisičius , Prinstono civilinės ir aplinkos inžinerijos profesorius, kuris tiesiogiai su projektu nedalyvavo.
Ištempiamas lazeris galėtų išspręsti šią problemą, apimdamas daugiau ploto nei laidai ar šviesolaidinis pluoštas. Prietaisui pagaminti buvo specialiai paruoštas tamprios medžiagos, vadinamos polidimetilsiloksanu (PDMS), lakštas, kad jo paviršius būtų banguotas. Tada mokslininkai ant banguoto paviršiaus susuko skystą organinių molekulių mišinį. Kai ultravioletinis lazeris šviečiamas ant organinio sluoksnio (lazerio maitinimo metodas, vadinamas optiniu siurbimu), jis stimuliuoja fotonų emisiją iš organinių molekulių. Lazavimas atsiranda todėl, kad banguotas paviršius veikia kaip difrakcijos gardelė, atspindi šviesą tarp bangų, efektyviai sustiprindama signalą.
Molekulės paprastai skleidžia matomą raudoną šviesą, tačiau kai guminis paviršius ištempiamas arba suspaudžiamas, pasikeičia skleidžiamos šviesos spalva. Ištempę gumą 2,2 procento jos ilgio, mokslininkai galėtų pakeisti šviesos spalvą. Šviesos detektorius pastebėtų maždaug penkių nanometrų skirtumą tarp skleidžiamos šviesos pradžios ir pabaigos bangos ilgių. Tai gali būti susiję su nedideliais deformacijos pokyčiais struktūroje, aiškina Wagneris. Jis labai jautrus, ir tai yra privalumas, sako jis. Daugeliu atvejų statybos ar statybos inžinieriai norėtų matyti prasidedantį gedimą, o ne matomą įtrūkimą; ir jie norėtų turėti jutiklį, galintį atlikti šį jautrų matavimą.
Optinis ištempiamos lazerinės odos pumpavimas gali būti sistemos pranašumas. Tai galėtų sumažinti įrengimo išlaidas, nes tam nereikės laidų. Tai taip pat reikštų, kad inžinierius galėtų stovėti atokiau nuo konstrukcijos, apšviesti ultravioletinę šviesą ant jautrios odos paviršiaus, kad aptiktų nedidelius įtempimo pokyčius.
Lynchas sako, kad ši koncepcija galėtų užpildyti kritinę nišą struktūrinės sveikatos srityje. Šis metodas atrodo naujas, ir įdomu, kokių rezultatų technologija galėtų duoti, kai ji bus naudojama realiame pasaulyje. Lynch kuria didelio ploto jutimo sluoksnius, kurie priklauso nuo anglies nanovamzdelių ir kitų organinių molekulių sluoksnių, kad būtų galima pastebėti įtempimą, įtrūkimus ir koroziją, be kitų defektų.
Wagneris sako, kad jo prototipą dar reikia sureguliuoti. Nors PDMS lakštai gali ištempti didelį atstumą, organiniai sluoksniai nukrenta, kai jie yra per toli. Šios problemos sprendimas greičiausiai bus susijęs su įvairių tipų šviesą skleidžiančių molekulių išbandymu ir būdo, kaip geriau jas pritvirtinti prie PDMS, paieška. Mes žinome, kokius eksperimentus reikia atlikti, sako jis. Mes tiesiog dar neradome stebuklingo recepto.