Identifikovati infrastrukturu koja se raspada ponekad je teško kao i ispraviti je. Ipak, ovaj proces je olakšan zahvaljujući inovativnom novom materijalu koji su razvili istraživači Univerziteta Tohoku. Detalji nalaza objavljeni su u časopisu Applied Physics Letters 25. aprila 2024.
Materijal reaguje na mehaničke stimuluse tako što beleži istoriju stresa kroz luminiscentni efekat koji se naziva naknadni sjaj. Ove informacije se čuvaju dugo vremena, a primenom materijala na površine struktura, istraživači mogu da posmatraju promene u naknadnom sjaju kako bi odredili količinu stresa koji je materijal iskusio.
„Ono što naš materijal čini zaista inovativnim je to što radi bez napajanja, složene opreme ili posmatranja na licu mesta i lako se kombinuje sa IoT tehnologijom“, ističe profesor Univerziteta Tohoku i odgovarajući autor studije, Chao-Nan Ksu.
U Japanu je zastarela infrastruktura postala značajan problem, što je dovelo do povećane potražnje za novim dijagnostičkim tehnologijama koje sprečavaju nesreće i/ili produžavaju vek trajanja struktura.
Mehanoluminiscentni materijali pokazuju luminescenciju kada su mehanički stimulisani, a tehnologije kao što su detekcija pukotina i vizualizacija napona su razvijene primenom ovog materijala na površinu konstrukcija. Ali luminiscencija se može posmatrati samo u trenutku mehaničke stimulacije, a informacije o prošlim mehaničkim stimulansima ne mogu se dobiti.
Istraživači su istraživali različite materijale koji mogu da zabeleže istoriju mehaničkog opterećenja. Ovi materijali obično kombinuju luminiscentne materijale sa fotoosetljivim materijalima, stvarajući sistem gde materijal emituje svetlost kao odgovor na mehanički stres, a ovo svetlo se može sačuvati i kasnije analizirati da bi se rekonstruisala istorija stresa.
Međutim, ovi materijali se suočavaju sa nekoliko izazova: složene strukture slojeva, tamne reakcije i dugoročne performanse snimanja. Pored toga, dok određeni fluorofori otkrivaju prošlost opterećenja kada su podvrgnuti toploti, primena je ograničena na materijale koji mogu da izdrže visoke temperature.
Ksu i njene kolege otkrile su jednostavnu i ekološki prihvatljivu metodu za snimanje stresa koristeći Pr-dopirani Li 0,12 Na 0,88 NbO 3 (LNNO). Ovaj LNNO je imao funkciju mehaničkog snimanja, što znači da je mogao da preuzme čak i prošle stresne događaje.
Da bi se povratile informacije o prošlom stresu, LNNO se nanosi kao premaz na površinu objekta, a zatim se ozrači baterijskom lampom. Poslesjaj koji proizvodi LNNO može se meriti pomoću kamera ili svetlosnih senzora.
Studija je pokazala da se slika naknadnog sjaja kvantitativno poklapa sa rezultatima dobijenim analizom metodom konačnih elemenata. Pored toga, istraživanje je potvrdilo da LNNO zadržava ovu informaciju o stresu čak i nakon perioda od pet meseci.
„Očekuje se da će naši nalazi ublažiti nedostatak radne snage u strukturnoj dijagnozi i smanjiti troškove“, dodaje Ksu.
