Una ilustración muestra cómo la luz polarizada de un láser y un espectrómetro de infrarrojo cercano podrían leer los niveles de tensión en un material recubierto con pintura infundida con nanotubos inventada en la Universidad de Rice. (Crédito:Bruce Weisman / Rice University)
Un nuevo tipo de pintura hecha con nanotubos de carbono en la Universidad de Rice puede ayudar a detectar la tensión en los edificios. puentes y aviones.
Los científicos de Rice llaman a su mezcla "pintura de deformación" y tienen la esperanza de que pueda ayudar a detectar deformaciones en estructuras como las alas de los aviones. Su estudio, publicado en línea este mes por la revista American Chemical Society Nano letras detalla un recubrimiento compuesto que inventaron y que podía leerse con un espectrómetro infrarrojo de mano.
Este método podría indicar dónde un material muestra signos de deformación mucho antes de que los efectos sean visibles a simple vista. y sin tocar la estructura. Los investigadores dijeron que esto proporciona una gran ventaja sobre las galgas extensométricas convencionales, que deben estar conectados físicamente a sus dispositivos de lectura. Además, el sistema basado en nanotubos podría medir la tensión en cualquier lugar y en cualquier dirección.
El profesor de química de Rice, Bruce Weisman, dirigió el descubrimiento y la interpretación de la fluorescencia del infrarrojo cercano a partir de nanotubos de carbono semiconductores en 2002. y desde entonces ha desarrollado y utilizado nueva instrumentación óptica para explorar las propiedades físicas y químicas de los nanotubos.
Satish Nagarajaiah, un profesor de Rice de ingeniería civil y ambiental y de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales, y sus colaboradores lideraron el desarrollo en 2004 de la detección de deformaciones para el monitoreo de la integridad estructural a nivel macro utilizando las propiedades eléctricas de las nanofilms de carbono:redes densas / conjuntos de nanotubos. Desde entonces, ha continuado investigando nuevos métodos de detección de deformaciones utilizando varios nanomateriales.
Pero fue un golpe de suerte que Weisman y Nagarajaiah asistieran al mismo taller de la NASA en 2010. Allí, Weisman dio una charla sobre la fluorescencia de nanotubos. Como un vuelo de fantasía él dijo, incluyó una ilustración de un sistema hipotético que usaría láseres para revelar tensiones en el ala nanorrevestida de un transbordador espacial.
"Me acerqué a él después y le dije:Bruce, ¿Sabes que realmente podemos intentar ver si esto funciona? '", recordó Nagarajaiah.
La fluorescencia de nanotubos muestra grandes La longitud de onda predecible cambia cuando los tubos se deforman por tensión o compresión. La pintura, y por lo tanto cada nanotubo, alrededor de 50, 000 veces más delgado que un cabello humano:sufriría la misma tensión que la superficie sobre la que está pintado y daría una imagen clara de lo que sucede debajo.
"Para un avión, Los técnicos normalmente aplican galgas extensométricas convencionales en lugares específicos del ala y la someten a pruebas de vibración forzada para ver cómo se comporta. ", Dijo Nagarajaiah." Solo pueden hacer esto en el suelo y solo pueden medir parte de un ala en direcciones y ubicaciones específicas donde se conectan las galgas extensométricas. Pero con nuestra técnica sin contacto, podrían apuntar el láser a cualquier punto del ala y obtener un mapa de deformación en cualquier dirección ".
El profesor de la Universidad de Rice Bruce Weisman introdujo la idea de la pintura de deformación para encontrar debilidades en los materiales con esta diapositiva de una presentación a la NASA en 2010. (Crédito:Bruce Weisman / Universidad de Rice)
Dijo que la pintura de deformación podría diseñarse con propiedades multifuncionales para aplicaciones específicas. "También puede tener otros beneficios, ", Dijo Nagarajaiah." Puede ser una película protectora que impide la corrosión o podría mejorar la resistencia del material subyacente ".
Weisman dijo que el proyecto requerirá un mayor desarrollo del recubrimiento antes de que dicho producto pueda salir al mercado. "Necesitaremos optimizar los detalles de su composición y preparación, y encontrar la mejor manera de aplicarlo en las superficies que serán monitoreadas, ", dijo." Estos problemas de fabricación / ingeniería deben abordarse para garantizar un rendimiento adecuado, incluso antes de que empecemos a trabajar en instrumentos de lectura portátiles ".
"También hay sutilezas sobre cómo las interacciones entre los nanotubos, el hospedador polimérico y el sustrato afectan la reproducibilidad y la estabilidad a largo plazo de los cambios espectrales. Para mediciones del mundo real, estas son consideraciones importantes, "Dijo Weisman.
Pero ninguno de esos problemas parece insuperable, él dijo, y la construcción de un lector de deformación óptico de mano debería ser relativamente sencilla. "Ya existen espectrómetros infrarrojos bastante compactos que podrían funcionar con baterías, ", Dijo Weisman." Láseres y ópticos en miniatura también están disponibles. Por lo que no requeriría la invención de nuevas tecnologías, simplemente combinando componentes que ya existen.
"Estoy seguro de que si hubiera un mercado, el equipo de lectura se puede miniaturizar y empaquetar. No es ciencia ficción ".
