香港理工大學(xué)研發(fā)出可彎曲的納米復(fù)合材料傳感器

　　近日，香港理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種嶄新的納米復(fù)合材料傳感器，這種傳感器可直接噴涂于平坦或彎曲的工程結(jié)構(gòu)，比如火車軌道和飛機(jī)結(jié)構(gòu)。噴涂出來的傳感器可以進(jìn)一步構(gòu)建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為受監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)提供實(shí)時(shí)及豐富的結(jié)構(gòu)健康狀況信息。

　　納米復(fù)合材料傳感器由理大機(jī)械工程學(xué)系的蘇眾慶教授、周利民教授及以他們?yōu)槭椎膱F(tuán)隊(duì)研發(fā)，采用創(chuàng)新的噴涂技術(shù)制成，使傳感器安裝過程比傳統(tǒng)方法更快捷和具效率。這種新技術(shù)也令該傳感器適用于多種工程結(jié)構(gòu)表面，提高了它的靈活性。

　　蘇教授說，該新型納米復(fù)合材料傳感器，能同時(shí)兼顧傳感器的成本及傳感器網(wǎng)絡(luò)所捕獲的數(shù)據(jù)量?jī)蓚€(gè)因素，為實(shí)現(xiàn)原位振動(dòng)感測(cè)、以超聲波為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)開辟了新思路。

　　新技術(shù)可減省成本提高靈敏度

　　納米復(fù)合材料傳感器由碳黑、二維石墨烯、導(dǎo)電納米粒子及聚偏二氟乙烯混合而成，可根據(jù)各種工程應(yīng)用的需要，輕易和靈活地制成不同的尺寸大小。

　　新的納米復(fù)合材料傳感器由于優(yōu)化了混合物的納米結(jié)構(gòu)，能敏感地檢測(cè)到結(jié)構(gòu)的改變，它能識(shí)別納米復(fù)合材料對(duì)不同壓阻的回饋。

　　該新技術(shù)中，每一個(gè)傳感器都通過印刷在結(jié)構(gòu)上的電線連接到網(wǎng)絡(luò)，透過分析和比較由電阻率轉(zhuǎn)換而成的電信號(hào)，便可發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的缺陷，同時(shí)將信號(hào)轉(zhuǎn)換為三維圖像。

　　體重輕且成本低

　　據(jù)了解，這種傳感器重量極輕，而且制造成本低廉，可大量采用以檢測(cè)隱藏在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的問題，有助開創(chuàng)以超聲波為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)新時(shí)代。

　　它包含一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，由多個(gè)納米復(fù)合材料傳感器及一個(gè)超聲波換能器組成，可主動(dòng)探測(cè)安裝了該傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)的健康狀況，快速及準(zhǔn)確地顯示該結(jié)構(gòu)是否有損壞。

　　傳感器會(huì)接收及量度超聲波換能器發(fā)出的超聲導(dǎo)波，如結(jié)構(gòu)有損壞，例如出現(xiàn)裂縫，超聲導(dǎo)波的傳播會(huì)受損壞的地方干擾，因而出現(xiàn)特有的波散射現(xiàn)象，并為傳感網(wǎng)絡(luò)所記錄。團(tuán)隊(duì)研發(fā)出來的一體化系統(tǒng)，可基于超聲導(dǎo)波的散射準(zhǔn)確地檢測(cè)及量化結(jié)構(gòu)損壞的情況。

　　據(jù)悉，傳統(tǒng)超聲波傳感器采用壓電材料制作，成本是十多美元，重?cái)?shù)克;而這個(gè)新一代納米復(fù)合材料傳感器的成本僅0.5美元，重0.04克。

　　因此，一個(gè)結(jié)構(gòu)可同時(shí)使用更多傳感器，以獲得更豐富的信息作分析，同時(shí)又不會(huì)給結(jié)構(gòu)帶來明顯的負(fù)重。

　　靈活性較好，可適用于彎曲結(jié)構(gòu)表面

　　此外，這款納米復(fù)合材料傳感器有極佳的靈活性，適用于彎曲的結(jié)構(gòu)表面，可廣泛地應(yīng)用在各種工程結(jié)構(gòu)，即使是在移動(dòng)結(jié)構(gòu)的表面亦同樣可以噴涂方式安裝，實(shí)時(shí)傳送結(jié)構(gòu)的健康信息。

　　蘇眾慶表示，已與內(nèi)地研究機(jī)構(gòu)取得聯(lián)系，未來將會(huì)把新技術(shù)用于航空結(jié)構(gòu)上。新聞資料圖

　　響應(yīng)頻率更廣闊

　　這款納米復(fù)合材料傳感器可量度由靜止至900千赫茲的微小幅度的超聲波信號(hào)。這技術(shù)能在超聲波系統(tǒng)采集散射波，從而檢測(cè)大部份工程物料中微細(xì)至一至二毫米的裂縫，響應(yīng)頻率比現(xiàn)有納米復(fù)合材料傳感器(根據(jù)國(guó)際期刊現(xiàn)有的報(bào)道)的響應(yīng)頻率高出400多倍。

　　雖然傳統(tǒng)超聲波傳感器可量度的超聲波范圍，比這款納米復(fù)合材料傳感器的響應(yīng)頻率更廣闊，但傳統(tǒng)傳感器的重量及成本均較高，難以大量使用構(gòu)成大型傳感器網(wǎng)絡(luò)，故此只能帶來有限的數(shù)據(jù)資料。在眾多工程實(shí)際應(yīng)用中，特別是針對(duì)航空航天結(jié)構(gòu)，使用有很大的限制。

　　編輯點(diǎn)評(píng)

　　隨著納米科技的快速發(fā)展，納米復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理的或化學(xué)的方法，在宏觀和微觀上組成具有新性能的材料。在性能上，各種具有協(xié)同效應(yīng)的納米材料互相補(bǔ)充，表現(xiàn)出來的綜合性能使得納米復(fù)合材料優(yōu)于原納米復(fù)合材料。該傳感器具有良好的穩(wěn)定性、選擇性、檢測(cè)線性范圍寬，可用于人體血糖樣品的分析和檢測(cè)。

　　(原標(biāo)題：香港理工大學(xué)造出低成本高靈敏度的可噴涂傳感器)