新开发的材料记录并存储基础设施的应力信息

识别破损的基础设施有时和修复它一样困难。然而，得益于东北大学研究人员开发的一种创新新材料，这一过程变得更容易。

该材料通过一种称为余辉的发光效应记录应力历史，从而对机械刺激作出反应。这些信息可以长期保存，通过将材料应用于结构表面，研究人员可以观察余辉的变化，以确定材料所承受的应力量。

东北大学教授、该研究的通讯作者徐朝南指出：“我们的材料真正具有创新性，在于它不需要电源、复杂设备或现场观察就可以运行，而且很容易与物联网技术相结合。”

在日本，基础设施老化已成为一个严重的问题，导致对预防事故和/或延长建筑物寿命的新诊断技术的需求增加。

机械发光材料在受到机械刺激时会发光，通过将该材料应用于结构表面，已经开发出裂纹检测和应力可视化等技术。但发光只能在机械刺激的瞬间观察到，而无法检索过去机械刺激的信息。

研究人员已经探索了各种能够记录过去机械负荷历史的材料。这些材料通常将应力发光材料与光敏材料结合在一起，形成一个系统，其中材料响应机械应力发光，并且这种光可以被保存并在以后进行分析以重建应力历史。然而，这些材料面临着几个挑战：复杂的分层结构、暗反应和长期记录性能。此外，虽然某些荧光团在受热时会显示过去的负荷历史，但应用仅限于能够承受高温的材料。

徐和她的同事发现了一种简单且环保的方法来记录应力，即使用掺杂 Pr 的 Li 0.12 Na 0.88 NbO 3 (LNNO)。这种 LNNO 具有机械记录功能，这意味着它甚至可以检索过去的应力事件。

为了检索过去的压力信息，将 LNNO 作为涂层涂在物体表面，然后用手电筒照射。可以使用摄像机或光传感器测量 LNNO 产生的余辉。研究表明，余辉图像与通过有限元法分析获得的结果定量匹配。此外，研究证实，即使在五个月后，LNNO 仍保留了这种压力信息。

徐教授补充道：“我们的研究结果有望缓解结构诊断方面人力短缺的问题，并降低成本。”

参与这项研究的还有东北大学的助理教授内山智树以及本科生厚美泰成和音成光希。日本国家先进工业科学技术研究所的藤尾由希以及佐贺大学和东北大学的郑旭光。

研究结果的详细信息于 2024 年 4 月 25 日发表在《应用物理快报》上。

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