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新型发光材料可帮助解决基础设施破损问题

文章来源：新能源网更新时间：2024-09-02 15:26:37

东北大学的研究人员开发出一种新型材料，可通过发光余辉记录基础设施的应力历史，为解决基础设施老化问题提供了一种无需电源、易于集成的解决方案。这种材料不需要复杂的设备就能长时间存储应力数据，与物联网技术相结合，简化了结构诊断，减少了人力和成本。

资料来源：Tomoki Uchiyama， Chao-Nan Xu et al.

识别和修复老化的基础设施同样具有挑战性。然而，日本东北大学的研究人员通过开发一种创新型新材料，使这一过程变得更加容易。这种材料会对机械刺激做出反应，通过一种叫做"余辉"的发光效应记录应力历史。通过将这种材料应用于结构表面，研究人员可以观察余辉的变化，从而确定材料所经历的应力大小。

东北大学教授、该研究的通讯作者徐朝南指出："我们的材料之所以具有真正的创新性，是因为它无需电源、复杂的设备或现场观察即可运行，而且很容易与物联网技术相结合。"

在日本，基础设施老化已成为一个重大问题，导致对可防止事故和/或延长结构寿命的新诊断技术的需求增加。

机械发光材料在受到机械刺激时会发出荧光，将这种材料应用于结构表面可以开发出裂缝检测和应力可视化等技术。但是，只有在机械刺激的瞬间才能观察到发光，而且无法检索到过去机械刺激的信息。

本研究首次通过余辉展示了多压电机械发光材料 Li0.12Na0.88NbO3的应力记录（MR）功能。与只能实时测量机械信息的传统 ML 材料不同，新型 MR 功能有望在捕捉应力的历史分布方面发挥重要作用。图片来源：Tomoki Uchiyama、Chao-Nan Xu 等人

研究人员探索了各种能够记录过去机械负载历史的材料。这些材料通常将应力发光材料与光敏材料结合在一起，形成一个材料在机械应力作用下发光的系统，这种光可以被保存下来，随后通过分析重建应力历史。然而，这些材料面临着一些挑战：复杂的分层结构、暗反应和长期记录性能。此外，虽然某些荧光团在受热时会显示过去的负载历史，但其应用仅限于能够承受高温的材料。

徐和她的同事发现了一种利用掺杂Pr的Li0.12Na0.88NbO3（LNNO）记录应力的简单而环保的方法。这种 LNNO 具有机械记录功能，这意味着它甚至可以检索过去的应力事件。

要检索过去的应力信息，可在物体表面涂上一层 LNNO，然后用手电筒照射。LNNO 产生的余辉可通过摄像头或光传感器进行测量。研究表明，余辉图像与通过有限元法分析获得的结果在数量上相吻合。此外，研究还证实，即使在五个月后，LNNO 仍能保留这些应力信息。

徐补充说："我们的研究成果有望缓解结构诊断方面的人才短缺问题，并降低成本。"

编译自/ScitechDaily

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