Новый материал фиксирует механическое напряжение посредством люминесценции

Исследователи из Тохокского университета разработали материал, который реагирует на механические воздействия, записывая их историю с помощью эффекта, называемого пост-люминисценцией. Информация сохраняется продолжительное время, таким образом нанесение материала на поверхности конструкций позволяет исследователям регистрировать изменения для определения количества нагрузок, которым была подвергнута конструкция.


Профессор Тохокского университета, автор исследования Чао-Нань Сюй отмечает, что новый материал впечатляет еще и тем, что работает без источника питания, сложного оборудования или необходимости наблюдения на месте.

Инновационный инструмент представляет собой механолюминесцентные материалы, которые излучают свет при механическом воздействии. Технологии обнаружения трещин и визуализация напряжений, были разработаны путем применения подобных материалов к поверхности конструкций. Однако ранее люминесценция могла наблюдаться только в момент механического воздействия, и информация о прошлых динамических нагрузках не могла быть восстановлена.



Исследователи изучили различные материалы, способные записывать историю прошлых механических нагрузок. Технология сочетает стресс-люминесцентные материалы с фоточувствительными, создавая систему, в которой материал излучает свет в ответ на механическое напряжение, и сохраняет его для последующего восстановления и анализа истории воздействий.

Впрочем, новая технология сталкивается с несколькими проблемами: общая сложность многослойной структуры, непредвиденные реакции, а также ряд температурных ограничений. Некоторые флуорофоры раскрывают историю прошлых нагрузок только при воздействии тепла. В этом случае их применение ограничено материалами, способными выдерживать высокие температуры.

Для извлечения информации об истории механических нагрузок новый материал наносится в виде покрытия на поверхность объекта, а затем освещается фонариком. Пост люминесценцию измеряют при помощи камер или датчиков света.

Исследование показало, что изображение полученное методом постлюминесценции количественно соответствует результатам, полученным с помощью традиционного метода анализа конечных элементов. Кроме того, исследование подтвердило, что новый материал сохраняет информацию о нагрузках даже спустя пять месяцев.