用于测量结构应力的新型传感器可以在断裂时自愈

来自北卡罗来纳州立大学的研究人员设计了一种传感器，它可以测量结构材料的应变，并能够自我修复——这是一项重要的进展，可以收集数据，帮助我们在地震、爆炸或其他意外事件发生后，对结构安全做出明智的决定。

工程师使用传感器来测量施加在材料上的压力或力，这些材料用于制造从飞机到民用基础设施的一切东西。例如，这些传感器可以告诉我们飞机机翼在飞行中的表现，并在机翼可能出现故障时提前通知维修部门。换句话说，它给了你一个在问题变成问题之前解决问题的机会。

从历史上看，这种传感器的一个缺陷是它们在压力下可能会破裂。这意味着传感器不能再向用户提供信息，但这并不一定意味着他们所监测的材料已经受到了不可挽回的损害。而且，就像在飞机的例子中，传感器可能是难以接近的——这使得它们很难或不可能被替换。

“为了解决这个问题，我们开发了一种传感器，它可以在损坏的情况下自动修复，”北卡罗来纳州大学机械和航空航天工程副教授、描述这项研究的论文的合著者卡拉•彼得斯博士说。

传感器可以随着它所监测的材料拉伸和压缩。红外线(IR)光波穿过传感器，检测这些长度的变化，这告诉我们材料承受了多大的应变。

该传感器包含两根玻璃光纤，穿过充满紫外线(UV)固化树脂的储存器。玻璃纤维的两端彼此对齐，但被一个小间隙隔开。红外和紫外光的聚焦光束穿过其中一根纤维。当紧密聚焦的紫外光照射到树脂上时，树脂就会变硬，形成一根连接玻璃纤维的细聚合物丝——为红外光线创造一个闭合电路。树脂的其余部分在储层中保持液态，包围着纤维。

剩下的液体树脂很重要。如果聚合物丝在应力作用下断裂，更多的液体树脂会冲进缝隙，与紫外线光束接触并变硬——自动修复传感器。

彼得斯说:“能够破坏传感器，但不会破坏被监测结构的事件是很重要的。”“这些事件可能是鸟撞到飞机机翼，或地震对建筑物造成破坏。收集这些结构发生的情况的数据可以帮助我们做出明智的决定，知道什么是安全的，什么是不安全的。但如果这些传感器坏了，就无法获得数据。希望这种新的传感器设计能帮助我们在未来收集这类数据。”

纸”,一种自修复聚合物波导传感器，发表在《科学》杂志的六月号上智能材料与结构彼得斯和北卡罗莱纳州立大学博士生Young Song共同撰写了这本书。这项研究由美国国家科学基金会资助。

北卡罗来纳州的机械和航空航天工程系是该大学工程学院的一部分。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

“一种自修复聚合物波导传感器”

作者: Young J. Song和Kara J. Peters，北卡罗来纳州立大学

发表: 2011年6月,智能材料与结构

文摘:本文介绍了一种在光聚合树脂系统中通过自书写产生的自修复应变传感器波导的实验演示。该传感器通过紫外波长范围内的光波在两根多模光纤之间制作，并通过询问红外波长范围内通过波导传输的功率作为传感器工作。当传感器因负载而失效后，波导通过UV树脂重新桥接两根光纤之间的间隙。测量了原始传感器和自修复传感器对应变的响应，结果表明两种传感器的应变响应相似。