211service.com
La gomma a emissione di luce potrebbe rilevare danni strutturali
I ricercatori della Princeton University hanno costruito un nuovo tipo di sensore che potrebbe aiutare gli ingegneri a valutare rapidamente lo stato di salute di un edificio o di un ponte. Il sensore è un laser organico, depositato su un foglio di gomma: quando viene allungato, ad esempio per la formazione di una fessura, il colore della luce che emette cambia.
L'idea è nata dall'idea che forse è possibile coprire grandi strutture come i ponti con una pelle che è possibile utilizzare per rilevare la deformazione della struttura a distanza, afferma Sigurd Wagner , professore di ingegneria elettrica all'Università di Princeton, che ha sviluppato il sensore laser estensibile con e Patrick Görrn, ricercatore a Princeton. Il lavoro è stato pubblicato il mese scorso in Materiale avanzato .
Per più di un decennio, i ricercatori hanno esplorato modi per creare serie dense di sensori in grado di coprire vaste aree. Le pelli sensibili sono particolarmente intriganti per gli ingegneri civili, che conoscono l'importanza di rilevare i danni nelle infrastrutture in modo che disastri come il crollo del 2007 di un ponte a Minneapolis possano essere evitati. C'è davvero un bisogno critico di sviluppare sensori migliori che possano essere applicati ai sistemi infrastrutturali, afferma Jerome Lynch , professore di ingegneria civile e ambientale presso l'Università del Michigan.
I sensori di deformazione tradizionali misurano semplicemente lo stress lungo una linea particolare. Uno di questi sensori è un filo che cambia la resistività quando è sotto sforzo. Un altro tipo è una fibra ottica che indica la deformazione quando la luce iniettata a un'estremità viene dispersa da un difetto nella struttura. Ma il problema è se il danno si verifica tra i sensori, è difficile da rilevare, dice Branko Glisic , un professore di ingegneria civile e ambientale a Princeton che non era direttamente coinvolto nel progetto.
Un laser estensibile potrebbe risolvere questo problema coprendo un'area maggiore rispetto a cavi o fibre ottiche. Per realizzare il dispositivo, è stato appositamente preparato un foglio di materiale estensibile chiamato polidimetilsilossano (PDMS) in modo che avesse una superficie ondulata. Successivamente, i ricercatori hanno filato una miscela liquida di molecole organiche sulla superficie ondulata. Quando un laser ultravioletto viene puntato sullo strato organico (un metodo per alimentare un laser chiamato pompaggio ottico), stimola l'emissione di fotoni dalle molecole organiche. Il laser si verifica perché la superficie ondulata funge da reticolo di diffrazione, riflettendo la luce tra le onde, amplificando efficacemente il segnale.
Le molecole normalmente emettono luce rossa visibile, ma quando la superficie della gomma viene allungata o compressa, altera il colore della luce emessa. Allungando la gomma del 2,2 percento della sua lunghezza, i ricercatori potrebbero cambiare il colore della luce. Un rilevatore di luce noterebbe una differenza di circa cinque nanometri tra le lunghezze d'onda iniziale e finale della luce emessa. Ciò potrebbe essere correlato a piccoli cambiamenti nella deformazione all'interno di una struttura, spiega Wagner. È molto sensibile, e questo è il vantaggio, dice. In molti casi, gli ingegneri strutturali o civili vorrebbero vedere un cedimento incipiente, non una crepa visibile; e vorrebbero avere un sensore capace di quella misurazione sensibile.
Il pompaggio ottico della pelle laser estensibile potrebbe essere un vantaggio per il sistema. Potrebbe ridurre il costo di installazione, perché non richiederebbe cavi. Significherebbe anche che un ingegnere potrebbe stare a distanza da una struttura, proiettare luce ultravioletta sulla superficie della pelle sensibile per rilevare piccoli cambiamenti di tensione.
Il concetto potrebbe riempire una nicchia critica nella salute strutturale, afferma Lynch. L'approccio sembra nuovo ed è interessante il tipo di risultati che la tecnologia potrebbe produrre una volta implementata nel mondo reale. Lynch sta sviluppando pelli di rilevamento di grandi aree che si basano su strati di nanotubi di carbonio e altre molecole organiche per rilevare deformazioni, screpolature e corrosione, tra gli altri difetti.
Wagner dice che il suo prototipo deve ancora essere messo a punto. Mentre i fogli PDMS possono allungarsi a grande distanza, gli strati organici si staccano quando vengono estesi troppo. Risolvere questo problema probabilmente si ridurrà a testare diversi tipi di molecole che emettono luce e trovare un modo per fissarle meglio al PDMS. Conosciamo gli esperimenti da fare, dice. Non abbiamo ancora trovato la ricetta magica.