香港理工大学发明出可喷涂纳米复合材料传感器
导读: 最近,香港理工大学的研究团队开发出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。
体重轻且成本低
据了解,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。
喷涂而成的纳米复合材料传感器薄如胶片(左),比传统超声波传感器(右)体积小,重量极轻。
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,成本是十多美元,重数克;而这个新一代纳米复合材料传感器的成本仅0.5美元,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。
灵活性好,适用结构表面
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。
苏众庆表示,已与内地研究机构取得联系,未来将会把新技术用于航空结构上。
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。
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