Ett sviktande rör kan vara svårt att upptäcka. Det kan orsaka en pöl, producera ytterligare ett tecken på skada, eller helt enkelt spricka före upptäckt. Ett översvämmat kök eller tvättstuga är rörigt och obekvämt, men insatserna är mycket, mycket högre i kärnkraftverk — som i genomsnitt innehåller många mils rörledning.

När oron över åldrande växter eskalerar, Vanderbilts ingenjörer arbetar med ett system för tidig varning. De använder polymerbeläggningar på insidan av röret och 3-D-tryckta polymeranordningar infunderade med nanopartiklar som sensorer för att signalera förändringarna på utsidan av röret. Och, de hoppas, ljud.

En stor utmaning är att upptäcka förändringarna i polymerfilmen som sker inuti röret. För att skapa en användbar och proaktiv teknik, laget vill använda ljud, eller vibrometri, för att identifiera dessa interna förändringar från utsidan av röret.

"Vi designar och förbereder beläggningar som kan ta tag i eller kelatera metalljoner som frigörs från korrosionsprocessen i ett rör, " sa Kane Jennings, professor i kemisk och biomolekylär teknik.

"Filmer kan kelera metalljoner i lösning och från en korroderande yta. De kelaterade metallerna ändrar egenskaperna hos polymerfilmerna för att effektivt tvärbinda polymerkedjorna, sa Kane, som också är ordförande för avdelningen.

Tidiga resultat är lovande. Vibrometri visar små förändringar när metaller är bundna till beläggningen, Jennings sa, och pågående forskning utvärderar tillförlitlighet vid olika beläggningstjocklekar. Sensorn för utsidan av röret fungerar - beläggningen ändras från grönt till blått på en förändring i ingången som kan signalera korrosionsprocessen.

"I slutändan skulle sensorn behöva samverka med vibrometrin för att ge en stopp/gå-färgsignal på hälsan inuti röret, " sa Jennings.

En studie av Electric Power Research Institute som granskade rörsäkerheten vid amerikanska kärnkraftverk under en 36-årsperiod fann 1, 816 rörfel som identifierades genom testning och inspektion. ytterligare 2, 247 fel hittades efter att rör hade läckt, och i vissa fall, orsakar arbetare dödsfall.

Rörledningar i kärnkraftverk transporterar "kylande" vatten, som är nära att koka, till reaktorn och till pooler för använt bränsle. Rör levererar vätgas till generatorer och transporterar ånga till huvudturbinen, bland många andra funktioner. Tanken skulle vara att börja med att belägga kylrörsanslutningar och anslutningar.

Forskning har involverat fakultets- och doktorander i kemi, maskin- och anläggningsteknik. Cole Brubaker, Ph.D. '18, utvecklat sensorerna med metalldopade zinksulfidfosformaterial. "3-D-tryckta växelströmselektroluminiscerande enheter" publicerades i Journal of Materials Chemistry i maj 2019. Doug Adams, Daniel F. Flowers Professor och ordförande vid Institutionen för bygg- och miljöteknik, var huvudutredare. Jennings är huvudutredare på ett papper som bekräftar den grundläggande kemin som publicerades i september 2019 i Journal of Physical Chemistry .