Новый тип краски с углеродными нанотрубками, разработанный в «Университете Райса» (Rice University), поможет обнаружить различные деформации в зданиях, мостах и самолётах, сообщает «zex2.ru».
Учёные называют свою смесь «натяжной краской» и надеются, что она поможет выявлять деформации в таких структурах, как крылья самолёта. Их исследование, которое было опубликовано в этом месяце в журнале «Nano Letters», описывает придуманное ими композитное покрытие, которое может быть прочитано портативным инфракрасным спектрометром.
Этот метод не требует физического соприкосновения со структурой и может показать, в каком месте материал демонстрирует признаки деформации задолго до того, когда дефекты станут видны невооружённым глазом. По словам исследователей, этот метод обладает значительным преимуществом по сравнению с обычными датчиками, которые должны быть физически связаны со считывающими устройствами. Кроме того, благодаря разработанной на базе нанотрубок системе, измерять деформацию можно в любом месте и в любом направлении.
В 2002-ом году профессор химии Брюс Вайсман (Bruce Weisman) открыл и интерпретировал флуоресценцию в ближнем инфракрасном диапазоне спектра от полупроводниковых углеродных нанотрубок. С тех пор он разработал и использовал новые оптические приборы для изучения физических и химических свойств нанотрубок.
В 2004-ом году Сатиш Нагарайя (Satish Nagarajaiah) — профессор гражданской и экологической инженерии, машиностроения и материаловедения в «Университете Райса», а также его сотрудники, разработали особый метод зондирования для осуществления контроля структурной целостности на макроуровне с использованием электрических свойств углеродных наноплёнок. С тех пор он продолжал исследовать новые методы зондирования с использованием различных наноматериалов.
Успехом обернулось то, что в 2010-ом году Вайсман и Нагарайя посетили один семинар «НАСА». На этом семинаре Вайсман выступил с докладом о флуоресценции нанотрубок. В полёте фантазии, он сказал, что разработал гипотетическую систему, которая будет использовать лазеры для выявления деформации на крыльях шаттла с нано-покрытием.
«Позже, я подошёл к нему и сказал: Брюс, мы действительно можем убедиться, работает ли это?», — поделился Нагарайя.
Флуоресценция нанотрубок отображает предсказуемый сдвиг длины волны, когда трубки искажаются благодаря растяжению или сжатию. Краска, содержащая нанотрубки, каждая из которых в 50000 раз тоньше человеческого волоса — может растянуться по всей поверхность и предоставить чёткую картину того, что происходит на ней.
«Для выявления деформации в самолётах, техники обычно используют обычные датчики, которые устанавливаются в определённых местах на крыло и подвергают его вибрационным испытаниям», — сказал Нагарая. «Такие испытания техники могут проводить только на земле и измерять только определённую часть крыла, где соединены тензодатчики. Но, благодаря нашему бесконтактному способу, техники могут направить лазер в любую точку крыла и получить абсолютно точную карту поверхности».
«Такой вид краски может быть разработан с многофункциональными свойствами и для конкретных устройств. Она может служить в роли защитной плёнки, которая препятствует распространению коррозии и может увеличить силу основного материала», — сказал Нагарайя.
Вайсман поделился, что проект потребует дальнейшего развития покрытия, прежде чем краска появится на рынке. «Мы должны оптимизировать детали состава краски и найти наилучший способ по нанесению её на поверхность», — сказал он. «Прежде чем мы начнём работать над созданием портативных считывающих устройств, все инженерные вопросы, касающиеся изготовления краски должны быть рассмотрены с невероятной точностью, чтобы гарантировать последующую безупречную работу».
«Также, имеются тонкости во взаимодействии между нанотрубками, и в том, как полимерные материалы и основания влияют на воспроизводимость и долговременную стабильность спектральных изменений. Для реальных измерений, эти вопросы являются невероятно важными», — говорит Вайсман.
Но, ни одна из этих проблем не является непреодолимой. По его словам, строительство портативного оптического считывающего устройства должно быть относительно простым.
«На данный момент уже имеется достаточно компактных инфракрасных спектрометров, которые могут работать от аккумулятора», — говорит Вайсман. «Миниатюрные лазеры и оптика, также вполне доступны. Так что мы не будем изобретать новые технологии, а постараемся использовать те компоненты, которые уже существуют.
Ведущим автором работы является Пол Визей (Paul Withey), адъюнкт-профессор физики в «Хьюстонском университете» (University of Houston), который провёл весь свой отпуск в лаборатории Вайсмана, чтобы изучить флуоресценцию нанотрубок в полимерах.
Поддержку в проведении данных исследований оказали: «Национальный научный фонд» (National Science Foundation), «Welch Foundation», «Air Force Research Laboratory» и «Infrastructure-Center for Advanced Materials».
Источник: zex2.ru
