Новые цементирующие материалы с механолюминесценцией для мониторинга и регистрации видимых напряжений.

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 8388 (2023) Цитировать эту статью

600 доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Разработка точного визуального обнаружения стресса в режиме реального времени имеет решающее значение для строительной отрасли. Здесь исследуется новая стратегия разработки новых вяжущих материалов путем иерархической агрегации интеллектуальных люминесцентных материалов и материалов на основе смол. Цементирующий материал с такой слоистой структурой по своей сути способен визуализировать мониторинг и запись напряжения путем преобразования напряжения в видимый свет. Образец, изготовленный из нового цементного материала, мог периодически излучать зеленый видимый свет при возбуждении механическим импульсом в течение 10 циклов, что позволяет предположить, что цементный материал демонстрирует высоко воспроизводимые характеристики. Более того, численное моделирование и анализ моделей стресса показывают, что время люминесценции синхронно со стрессом, а интенсивность излучения пропорциональна величине стресса. Насколько нам известно, это первое исследование, в котором цементный материал осуществляет мониторинг и запись видимого напряжения, что дает новую информацию для изучения современных многофункциональных строительных материалов.

Цементирующие материалы играют очень важную роль в развитии человеческой цивилизации, особенно в современной строительной сфере1,2,3,4,5. Однако конструкции зданий становятся все более и более сложными по мере совершенствования конструкции и возможностей обработки материалов, что приводит к трудностям в обнаружении распределения напряжений в конструкции. Кроме того, распределение напряжений будет изменено из-за сложных условий эксплуатации, таких как знакопеременная нагрузка, коррозионная усталость или трещины, которые могут привести к разрушению конструкции. В настоящее время методы обнаружения напряжения в основном включают метод электрических измерений и метод решетки, который преобразует сигнал деформации в электрический сигнал или оптический сигнал6,7,8,9,10,11,12. Однако существующие методы позволяют собирать данные только по одной точке за раз с помощью специального инструмента, поэтому трудно быстро и точно наблюдать распределение напряжения во всей конструкции человеческими глазами. Поэтому важно изучить новый метод осуществления визуального мониторинга и регистрации стресса.

В настоящее время это преобладающий метод исследования новых интеллектуальных вяжущих материалов путем добавления интеллектуальных материалов13,14,15,16,17. При этом люминесцентные вяжущие материалы были получены путем объединения люминофора с вяжущим материалом18,19,20. Однако текущие исследования реализуют только излучение видимого света, а углубленного применения видимого света не существует. Хорошо известно, что видимый свет — это очень простой сигнал, который можно наблюдать человеческими глазами, поэтому, если цементирующий материал может преобразовывать напряжение в видимый свет, можно реализовать визуальное обнаружение напряжения. Механолюминесцентный (ML) материал — это своего рода новый интеллектуальный материал, который может преобразовывать внешнюю механическую энергию в излучение света без помощи электронного или фотонного возбуждения21,22,23,24,25,26. В последние годы исследователи разработали множество новых материалов ML, таких как ZnS/CaZnOS:Mn21, CaLaAl3O7:Tb3+25 и SrMgAl10O17:Ce3+27 и т. д. Наши предыдущие исследования показали, что цвет эмиссии соединений твердых растворов (Ca1-xSrx )8Mg3Al2Si7O28:Eu2+ можно было менять цвет с зеленого на синий под действием упругого напряжения, что реализовывало вызванную напряжением спектральную миграцию ML и давало новое понимание обнаружения напряжений28. Этот вид люминесцентного режима позволяет применять материал ML в области распределения напряжений. Однако большинство ML-материалов применяются в технике методом напыления пленки, качество напыления пленки со временем постепенно ухудшается, что снижает точность результатов обнаружения. Кроме того, в вяжущем материале сложная среда, такая как высокая внутренняя влажность и сильная щелочность, что может существенно повлиять на люминесцентные свойства люминофора, когда люминофор вводится во внутреннюю часть вяжущего материала. Таким образом, очень важно изучить соответствующий метод введения подходящего ML-материала внутрь вяжущего материала, чтобы вяжущий материал мог проявлять многофункциональность и естественным образом преобразовывать напряжение в видимый свет, что способствует удобному, быстрому и точному обнаружению напряжения в конструкции здания.