Ett team vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har utvecklat ett verktyg för att övervaka förändringar i mycket använda kompositmaterial som kallas fiberförstärkta polymerer (FRP), som finns i allt från flyg och infrastruktur till vindkraftverk. Det nya verktyget, integrerad i dessa material, kan hjälpa till att mäta den skada som uppstår när de åldras.

"Detta ger oss förmågan att utvecklas bättre, mer trötthetsbeständiga kompositer, "sa NIST -kemisten Jeff Gilman." Vi kan se när fibern börjar gå sönder. Vi har nu ett sätt att kvantifiera skadan. "

Sedan 1960 -talet har forskare har experimenterat med sätt att göra frp lättare och starkare. Detta har ofta inneburit testning av bindningen mellan fiber och harts. Som rapporterats i en tidigare publikation, NIST -teamet lade till små molekyler som fluorescerar efter påverkan av mekanisk kraft. Dessa molekyler, kallas "mekanoforer, "ändra färg eller lysa upp, hjälper till att identifiera små nanometerstora öppningar eller sprickor mellan fibern och hartset.

NIST -teamet har tagit denna teknik till nästa nivå genom att införliva mekanoforen i komposithartset. Även om det inte märks med blotta ögat, det senaste tillvägagångssättet gör det möjligt för forskare att använda speciella mikroskopi -teknik för att mäta FRP -skador. Tillvägagångssättet innehåller en liten mängd (mindre än 0,1% massa) av ett fluorescerande färgämne som kallas rodamin som inte orsakar några märkbara förändringar i materialets fysiska egenskaper.

Om den nya mekanoforen är inbäddad i strukturer gjorda av FRP, fältprovning för trötthet kan göras billigt och regelbundet. Strukturer som vindkraftverk kan ofta enkelt skannas efter inre sprickor, även år efter att de har rests.

Inledande arbete med detta nya verktyg avslöjade också en överraskning om FRP -skador. När en fiber går sönder, den skickar ut en slags "chockvåg" som rör sig genom materialet, förklarade Jeremiah Woodcock, huvudförfattaren till en ny uppsats om mekanoforen publicerad i Composites Science and Technology. Förr, man trodde att de flesta skadorna inträffade vid brott.

"Vi trodde att när vi tittade på resultaten, det skulle finnas en gloria av ljus runt sprickan, visar mekanoforens fluorescens, Sa Woodcock. I stället de fann att skador uppstår på platser som är mycket avlägsna från fiberbrott. "Det är som att vi visste om jordbävningen men inte visste om tsunamin som följer efter den."

NIST -mekanoforforskningen fann också att befintliga tester oavsiktligt skadade materialets styrka. Detta har, i tur och ordning, ledde designers och ingenjörer att överdesigna FRP:er. Att använda mekanoforen kan, därför, sänka energi- och tillverkningskostnaderna och öka hur dessa material används i industrin.

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av NIST. Läs den ursprungliga historien här.