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香港理工大学的▓研究团队最近研发了一种崭新的▓纳米复合材料传感器,可直接喷涂于平坦或弯曲的▓工程结构,如火车路轨和飞机结构。 喷涂出来的▓传感器可以进一步构成传感器网络,为受监测的▓结构提供实时及丰富的▓结构健康状况信息。

纳米复合材料传感器由理大机械工程学系的▓苏众庆教授、周利民教授及以他们为首的▓团队研发,采用创新的▓喷涂技术制成,使传感器安装过程比传统方法更快捷和具效率。这种新技术也令该传感器适用于多种工程结构表面,提高了它的▓灵活性。

苏教授说:“该新型纳米复合材料传感器在‘传感成本’和‘传感成本’之间取得了平衡,能同时兼顾传感器的▓成本及传感器网络所捕获的▓数据量两个因素,为实现原位振动感测、以超声波为基础的▓结构健康监测技术开辟了新思路!” 

新技术减省成本及提高灵敏度 

纳米复合材料传感器由碳黑、二维石墨烯、导电纳米粒子及聚偏二氟乙烯混合而成,可根据各种工程应用的▓需要,轻易和灵活地制成不同的▓尺寸大小。新的▓纳米复合材料传感器由于优化了混合物的▓纳米结构,能敏感地侦测到结构的▓改变,它能识别纳米复合材料对不同压阻的▓回馈。该新技术中,每一个传感器都通过印刷在结构上的▓电线连接到网络,透过分析和比较由电阻率转换而成的▓电信号,便可发现结构中的▓缺陷,同时将信号转换为三维图像。 

体重轻且成本低 

这种传感器重量极轻,而且制造成本低廉,可大量采用以检测隐藏在结构内部的▓问题,有助开创以超声波为基础的▓结构健康监测新时代。它包含一个传感器网络,由多个纳米复合材料传感器及一个超声波换能器组成,可主动探测安装了该传感网络的▓结构的▓健康状况,快速及准确地显示该结构是□□否有损坏。

传感器会接收及量度超声波换能器发出的▓超声导波,如结构有损坏,例如出现裂缝,超声导波的▓传播会受损坏的▓地方干扰,因而出现特有的▓波散射现象,并为传感网络所记录。团队研发出来的▓一体化系统,可基于超声导波的▓散射准确地检测及量化结构损坏的▓情况。据悉,传统超声波传感器采用压电材料制作,成本是□□十多美金,重数克;而这个新一代纳米复合材料传感器的▓成本仅0.5美金,重0.04克。

因此,一个结构可同时使用更多传感器,以获得更丰富的▓信息作分析,同时又不会给结构带来明显的▓负重。

灵活性较好,可适用于弯曲的▓结构表面 

此外,这款纳米复合材料传感器有极佳的▓灵活性,适用于弯曲的▓结构表面,可广泛地应用在各种工程结构,即使是□□在移动结构的▓表面亦同样可以喷涂方式安装,实时传送结构的▓健康信息。 

响应频率更广阔 

这款纳米复合材料传感器可量度由静止至900千赫兹的▓微小幅度的▓超声波信号。这技术能在超声波系统采集散射波,从而检测大部份工程物料中微细至一至二毫米的▓裂缝,响应频率比现有纳米复合材料传感器(根据国际期刊现有的▓报道)的▓响应频率高出400多倍虽然传统超声波传感器可量度的▓超声波范围,比这款纳米复合材料传感器的▓响应频率更广阔,但传统传感器的▓重量及成本均较高,难以大量使用构成大型传感器网络,故此只能带来有限的▓数据资料。在众多工程实际应用中,特别是□□针对航空航天结构,使用有很大的▓限制。

这项崭新研究最近在其所属领域的▓顶级期刊发表,包括《Ultrasonics》、《Carbon》及《Smart Materials and Structures》等


(来自CPRJ中国塑料橡胶 本文中引用的▓图片均来自百度图片,如侵权即删)