當(dāng)用紫外光掃描時,涂料可以迅速發(fā)現(xiàn)其下面表面的應(yīng)變現(xiàn)象。
未來的技術(shù)人員僅通過相機(jī)快速掃描,就能夠測試飛機(jī)機(jī)身的適航性,檢查橋梁的結(jié)構(gòu)完整性或檢查復(fù)雜的3D打印部件是否存在缺陷。美國空軍技術(shù)學(xué)院和Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在開發(fā)一種含有量子點(diǎn)的涂料,這種涂料可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。研究人員表示,制造商可以將這種涂料涂在包括車輛、基礎(chǔ)設(shè)施和零部件在內(nèi)的物體表面。檢查員或質(zhì)量保證專家可以通過分析發(fā)出的光來快速測量這些表面上的應(yīng)變(變形程度)。
為了在今天的測試過程中不破壞表面,技術(shù)人員可能會產(chǎn)生一個磁場,但這通常需要笨重的設(shè)備,并提供難以讀取的結(jié)果。他們還可能使用X射線,這會帶來輻射安全問題。其他的掃描方法,如超聲波或微波,在它們可以測量的材料方面受到限制。
“想象一下拿著照相機(jī),然后在屏幕上看到二維應(yīng)變表面圖,”空軍技術(shù)學(xué)院的Michael Sherburne說,他是開發(fā)注入量子點(diǎn)涂料的研究人員之一。
量子點(diǎn)是幾納米寬的半導(dǎo)體粒子。它們的小尺寸帶來了一些獨(dú)特的量子效應(yīng),就好像每個量子點(diǎn)都是一個人工原子。例如,量子點(diǎn)在受到電磁輻射的激發(fā)時會發(fā)光。發(fā)出的光的波長根據(jù)點(diǎn)的大小而變化,較小的點(diǎn)發(fā)出藍(lán)光。
“涂料”由懸浮在透明聚合物中的量子點(diǎn)組成。這些點(diǎn)在紫外線照射下發(fā)出綠光。其他的量子點(diǎn)涂料確實(shí)存在,但它們主要用于美學(xué),比如在黑暗中給物體發(fā)光。
這種涂料的量子點(diǎn)還有一個額外的特性:當(dāng)它們受到拉伸或擠壓時,它們發(fā)出的光的波長會發(fā)生變化,變得更短(更藍(lán))或更長(更紅),這取決于它們是被拉伸還是擠壓。研究人員設(shè)想了一種相機(jī),它使用激光在有涂料的表面上照射紫外線,然后捕捉到產(chǎn)生的輻射,并繪制出表面應(yīng)變圖。
佛羅里達(dá)大學(xué)(University of Florida)的化學(xué)教授Kirk Schanze表示,利用光來測量應(yīng)變的想法已經(jīng)存在了幾十年,但使用量子點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)這一目的還是一個新的想法。
不過,這種涂料確實(shí)有其局限性。首先,非常高的溫度會融化聚合物。當(dāng)然,量子點(diǎn)涂層只能測量涂料施涂后發(fā)生的應(yīng)變;例如,如果一名技術(shù)人員在一架舊飛機(jī)上涂上它,涂料不會顯示出之前發(fā)生的任何變形。
但Sherburne想解決后一個問題。“這肯定是未來的工作,”他說。
除了使檢測過程更快、更容易,這種涂料可能比今天的應(yīng)變傳感儀器更通用。制造商可以將其應(yīng)用到3D打印的形狀復(fù)雜的零件上,這些零件不適合今天的應(yīng)變測量技術(shù)。此外,一種裝置可以將紫外光通過光纖電纜傳輸,從而可以掃描在其他地方很難到達(dá)的表面。
Schanze稱研究人員的工作是“一個有趣的概念證明”,但他說,使用這種顏料進(jìn)行全尺寸測量的途徑還不清楚。
Sherburne也認(rèn)為,任何實(shí)際應(yīng)用都還有很長的路要走。下一步是構(gòu)建一個在紫外線下掃描并測量返回顏色的相機(jī)系統(tǒng)。雖然這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)存在,但研究人員還沒有將其發(fā)展到一個概念之外。因此,維修人員可能需要十多年的時間才能開始在橋梁上涂上應(yīng)變感應(yīng)涂料,并用紫外線掃描。
原文標(biāo)題:量子點(diǎn)涂料可以使飛機(jī)檢查快速而簡單
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