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香港理工大学发明出可喷涂纳米复合材料传感器

2017-07-20 10:14

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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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