211service.com
Gaismu izstarojošā gumija var sajust strukturālos bojājumus
Prinstonas universitātes pētnieki ir izveidojuši jauna veida sensoru, kas varētu palīdzēt inženieriem ātri novērtēt ēkas vai tilta stāvokli. Sensors ir organisks lāzers, kas uzklāts uz gumijas loksnes: kad tas tiek izstiepts, piemēram, veidojas plaisa, mainās tā izstarotās gaismas krāsa.
Ideja radās no domas, ka, iespējams, ir iespējams segt lielas konstrukcijas, piemēram, tiltus ar apvalku, ko var izmantot, lai noteiktu konstrukcijas deformāciju no attāluma, saka. Sigurds Vāgners , Prinstonas universitātes elektroinženierijas profesors, kurš izstrādāja stiepjamu lāzera sensoru kopā ar Prinstonas pētnieku Patriku Gērnu. Darbs tika publicēts pagājušajā mēnesī Uzlaboti materiāli .
Vairāk nekā desmit gadus pētnieki ir pētījuši veidus, kā izveidot blīvus sensoru blokus, kas spēj aptvert lielas platības. Sensējošās ādas ir īpaši intriģējošas būvinženieriem, kuri zina, cik svarīgi ir atklāt bojājumus infrastruktūrā, lai varētu novērst tādas katastrofas kā 2007. gada tilta sabrukums Mineapolē. Saka, ka patiešām ir ļoti svarīgi izstrādāt labākus sensorus, ko varētu izmantot infrastruktūras sistēmās Džeroms Linčs , Mičiganas universitātes civilās un vides inženierijas profesors.
Tradicionālie deformācijas sensori vienkārši mēra stresu pa noteiktu līniju. Viens no šādiem sensoriem ir vads, kas maina pretestību, kad tas ir noslogots. Cits veids ir optiskā šķiedra, kas norāda uz deformāciju, kad vienā galā ievadītā gaisma tiek izkliedēta struktūras defekta dēļ. Taču problēma ir tad, ja bojājumi rodas starp sensoriem — to ir grūti noteikt, saka Branko Glisičs , Prinstonas civilās un vides inženierijas profesors, kurš nebija tieši saistīts ar projektu.
Izstiepjams lāzers varētu atrisināt šo problēmu, aptverot vairāk vietas nekā vadi vai optiskās šķiedras. Lai izgatavotu ierīci, tika īpaši sagatavota elastīga materiāla loksne, ko sauc par polidimetilsiloksānu (PDMS), lai tai būtu viļņota virsma. Pēc tam pētnieki uz viļņainās virsmas uzgrieza šķidru organisko molekulu maisījumu. Kad ultravioletais lāzers tiek spīdināts uz organisko slāni (lāzera darbināšanas metode, ko sauc par optisko sūknēšanu), tas stimulē fotonu emisiju no organiskajām molekulām. Lāzerēšana notiek tāpēc, ka viļņainā virsma darbojas kā difrakcijas režģis, kas atstaro gaismu starp viļņiem, efektīvi pastiprinot signālu.
Molekulas parasti izstaro redzamu sarkanu gaismu, bet, kad gumijas virsma tiek izstiepta vai saspiesta, tā maina izstarotās gaismas krāsu. Izstiepjot gumiju par 2,2 procentiem no tās garuma, pētnieki varēja mainīt gaismas krāsu. Gaismas detektors pamanītu aptuveni piecu nanometru atšķirību starp izstarotās gaismas sākuma un beigu viļņa garumu. Tas varētu būt saistīts ar nelielām spriedzes izmaiņām struktūrā, skaidro Vāgners. Tas ir ļoti jutīgs, un tā ir priekšrocība, viņš saka. Daudzos gadījumos būvinženieri vai būvinženieri vēlētos redzēt iesācējušu kļūmi, nevis redzamu plaisu; un viņi vēlas iegūt sensoru, kas spēj veikt šo jutīgo mērījumu.
Izstiepjamās lāzera ādas optiskā sūknēšana varētu būt sistēmas priekšrocība. Tas varētu samazināt uzstādīšanas izmaksas, jo tam nebūtu nepieciešami vadi. Tas arī nozīmētu, ka inženieris varētu stāvēt attālumā no struktūras, spīdēt ultravioleto gaismu uz jutīgās ādas virsmu, lai noteiktu nelielas deformācijas izmaiņas.
Šī koncepcija varētu aizpildīt kritisku nišu strukturālajā veselībā, saka Linčs. Šī pieeja šķiet jauna, un ir interesanti, kādus rezultātus tehnoloģija varētu dot, izvietojot to reālajā pasaulē. Lynch izstrādā liela laukuma sensora apvalkus, kas balstās uz oglekļa nanocauruļu slāņiem un citām organiskām molekulām, lai noteiktu deformāciju, plaisāšanu un koroziju, kā arī citus defektus.
Vāgners saka, ka viņa prototips vēl ir jāpielāgo. Lai gan PDMS loksnes var izstiepties lielā attālumā, organiskie slāņi nokrīt, ja tie ir pārāk tālu. Šīs problēmas novēršana, visticamāk, būs saistīta ar dažāda veida gaismu izstarojošu molekulu pārbaudi un veidu, kā tās labāk piestiprināt PDMS. Mēs zinām, kādi eksperimenti jāveic, viņš saka. Mēs vienkārši vēl neesam atraduši burvju recepti.