Un equipo del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha desarrollado una herramienta para monitorear los cambios en materiales compuestos ampliamente utilizados conocidos como polímeros reforzados con fibra (FRP), que se puede encontrar en todo, desde aeroespacial e infraestructura hasta turbinas eólicas. La nueva herramienta integrado en estos materiales, puede ayudar a medir el daño que se produce a medida que envejecen.

"Esto nos da la capacidad de desarrollarnos mejor, compuestos más resistentes a la fatiga, ", dijo el químico del NIST Jeff Gilman." Podemos ver cuándo la fibra comienza a romperse. Ahora tenemos una forma de cuantificar el daño ".

Desde la década de 1960, Los científicos han estado experimentando formas de hacer que los FRP sean más ligeros y resistentes. Esto ha significado a menudo probar la unión entre fibra y resina. Como se informó en una publicación anterior, el equipo del NIST agregó pequeñas moléculas que emiten fluorescencia después del impacto de la fuerza mecánica. Estas moléculas, llamados "mecanóforos, "cambiar de color o iluminar, ayudando a identificar pequeñas aberturas de tamaño nanométrico o grietas entre la fibra y la resina.

El equipo de NIST ha llevado esta tecnología al siguiente nivel al incorporar el mecanóforo en toda la resina compuesta. Aunque no se percibe a simple vista, el enfoque más nuevo permite a los científicos utilizar técnicas especiales de obtención de imágenes de microscopía para medir el daño del FRP. El método incorpora una cantidad mínima (menos del 0,1% en masa) de un tinte fluorescente llamado rodamina que no provoca cambios apreciables en las propiedades físicas del material.

Si el nuevo mecanóforo está incrustado en estructuras hechas de FRP, Las pruebas de campo para la fatiga se podrían realizar de forma económica y periódica. Las estructuras como las turbinas eólicas se pueden escanear con frecuencia fácilmente en busca de grietas interiores, incluso años después de su construcción.

El trabajo inicial con esta nueva herramienta también reveló una sorpresa sobre el daño del FRP. Cuando una fibra se rompe, envía una especie de "onda de choque" que se mueve por todo el material, explicó Jeremiah Woodcock, el autor principal de un nuevo artículo sobre el mecanóforo publicado en Composites Science and Technology. En el pasado, se creía que la mayor parte del daño se producía en el punto de rotura.

"Pensamos que cuando miramos los resultados, habría un halo de luz alrededor de la grieta, mostrando la fluorescencia del mecanóforo, "Woodcock dijo. En cambio, encontraron que el daño ocurre en lugares que están muy alejados del punto de fractura de la fibra. "Es como si supiéramos sobre el terremoto, pero no sabíamos sobre el tsunami que le siguió".

La investigación del mecanóforo del NIST también encontró que las pruebas existentes dañaban involuntariamente la resistencia del material. Esto tiene, Sucesivamente, llevó a los diseñadores e ingenieros a sobrediseñar los FRP. Usando el mecanóforo podría, por lo tanto, reducir los costos de energía y fabricación y aumentar las formas en que estos materiales se utilizan en la industria.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.