聚合物損傷指示系統    

        材料中的損傷萌生及發展過程往往很難被觀察到，直到材料出現斷裂或失效。伊利諾伊大學香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的工作者近日研究出一種新型聚合物損傷指示系統，它能自動顯示出材料超細微區域出現的裂紋、劃痕以及內應力等損傷,能夠讓工程師們在材料細微損傷引起更多嚴重事故的之前就將其有效排除和解決。

         微觀損傷在石油管道、航空航天、汽車等工程構件或設備的實際服役過程中存在的巨大安全隱患，其造成的設備故障或失效事故往往帶來的是巨大的經濟損失和昂貴的修復費用。美國材料科學與工程教授南希·賽托斯和航空航天工程教授斯科特?懷特在《先進材料》雜志上發表說：聚合物對損傷極其敏感，遇到損傷會以小裂縫的形式存在，通常很難被發現。即使在很小的尺度上，裂紋損傷也能使高分子材料的完整性和功能發生顯著的變化。

        研究人員在環氧樹脂中嵌入包裹有pH智能感應染料的微型膠囊。如果聚合物遇到裂紋、斷裂或遭遇壓力,膠囊會自動打開，釋放出的pH智能感應染料會與環氧樹脂發生反應,引起顯著的顏色變化,從淡黃色到明亮紅色,不需要添加任何額外的化學物質或活化劑。

        遇到更深的劃痕或裂紋時, 更多的微型膠囊被打破，顯示出更強烈的顏色，這有助于評估損害的程度。即使是只有10微米的細微裂縫也足以引起聚合物發生顏色的變化,讓工作者知道材料已經發生了一些結構完整性變化或損傷。

        在發生嚴重腐蝕或其他損傷問題之前進行損傷探測，能夠為涂層結構和復合材料等的使用提供有效的保障，增加其使用安全性和可靠性。白色和賽托斯貝克曼研究所是隸屬于美國的先進的科學和技術。

        研究人員表明, 大量高分子材料均可以作為這一損傷指示系統的聚合物來源，可以應用于不同涂層結構材料，包括金屬、聚合物和陶瓷等。他們還發現, 這一損傷指示系統具有長期穩定性,不會發生微膠囊泄漏導致失效和褪色的問題。除了能夠有效避免不可預見的和昂貴材料結構損傷事故之外,微膠囊體系一個更大的優勢是低成本、經濟性。 “只需要在聚合物中添加5%的智能感應染料微膠囊就能展現出優異的損傷指示性能，是一種極具經濟效益的高效的自動顯示機械損傷的方法。”

        目前,該研究團隊正在進一步對該聚合物損傷指示系統進行探索和開發應用，例如應用在纖維增強復合材料以及自修復材料的完整性檢測中。

        “我們設想這種損傷自動指示系統能力能夠完美地結合到其他實際工程應用中，如材料自愈和腐蝕修復中, 實現該指示系統可以原位指示出在線構件損傷的動態自修復過程以及裂紋愈合和發展過程。”賽托斯說。

    腐蝕在臨界值瞬間發生--不銹鋼腐蝕過程可視化

核設備不銹鋼構件微觀裂紋

        2016年2月24日日本東北大學也宣布，開發出了可同時測量水溶液環境下金屬表面的氫離子濃度指數（pH）和氯化物離子濃度分布的熒光成像板，使不銹鋼縫隙的腐蝕過程可視化。觀察發現，腐蝕并不是緩慢推進的，而是在縫隙內溶液成分達到臨界值時瞬間發生的……

責任編輯：周婭