Ændringer i farve indikerer materialedeformationer

ETH Zürich -forskere har udviklet en ny type laminat, der ændrer farve, så snart materialet deformeres. Denne måde, materialeforskerne kan slå to fugle i ét smæk:et let kompositmateriale, der inspicerer sig selv.

Let konstruktion har fundet vej til mange områder, især bilproduktion, skibsbygning og flykonstruktion. Ud over traditionelle letvægtsmetaller som aluminium, magnesium eller titanium, bærende applikationer indeholder i stigende grad kompositmaterialer. Dette driver et samtidig behov for at udvikle nye teknikker og metoder til tidlig påvisning af skader på eller endda mulig svigt af sådanne endnu undervurderede materialer.

Forskere fra Complex Materials Group ved ETH Zürich, arbejder i samarbejde med forskere fra University of Fribourg, har nu vedtaget en tilgang, der for nylig har vakt opmærksomhed i materialeforskning:de har skabt et letvægtsmateriale, der bruger en farveændring til at angive intern deformation og dermed mulig materialefejl på et tidligt stadium. Består af individuelle lag, deres laminat er gennemskinneligt, brudsikker og alligevel meget let.

Kunstig perlemor kombineret med polymer

Laminatet består af skiftevis lag af en plastpolymer og kunstig nacre eller perlemor. Sidstnævnte er en specialitet fra Complex Materials Laboratory og er baseret på det biologiske eksempel på muslingeskallen. Den består af utallige glasplader arrangeret parallelt, som er komprimeret, sintret og størknet ved anvendelse af en polymer harpiks. Dette gør den ekstremt hård og brudbestandig.

Det andet lag består af en polymer, hvortil forskerne tilføjede et indikatormolekyle, der er syntetiseret specifikt til denne applikation ved universitetet i Fribourg. Molekylet aktiveres, så snart polymeren oplever strækningskræfter, og dette ændrer dets fluorescens. Jo mere materialet strækker sig, og jo flere af disse molekyler aktiveres, jo mere intens bliver fluorescensen.

Fluorescens indikerer overbelastede dele

"Vi brugte fluorescerende molekyler, fordi du kan måle stigningen i fluorescens meget godt, og du ikke behøver at stole på subjektiv opfattelse, "siger Tommaso Magrini, hovedforfatter af undersøgelsen, som for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet ACS -anvendte materialer og grænseflader . Systemet kunne også have været sat op til at producere en farveændring, der ville være direkte mærkbar udefra. Men:"Opfattelsen af ​​farver er subjektiv, og det er svært at drage konklusioner om ændringer i materialet, "Siger Magrini.

Ved hjælp af fluorescens, forskerne kan nu identificere overbelastede områder i kompositmaterialet, selv før der dannes brud. Dette tillader tidlig opdagelse af sårbare områder i en struktur, før der opstår katastrofalt svigt. En mulig anvendelse af det nye laminat er i komponenter i de bærende strukturer, der findes i bygninger, fly eller køretøjer, hvor det er vigtigt at opdage deres fiasko på et tidligt tidspunkt.

Imidlertid, det gjenstår at se, om og hvordan materialet kan produceres i industriel skala. Indtil nu, den eksisterer kun i laboratorieskala som et bevis på konceptet.