Onderzoekers van ETH Zürich hebben een nieuw type laminaat ontwikkeld dat van kleur verandert zodra het materiaal vervormt. Op deze manier, de materiaalonderzoekers kunnen twee vliegen in één klap slaan:een lichtgewicht composietmateriaal dat zichzelf inspecteert.

Lichtgewicht constructie heeft zijn weg gevonden naar veel gebieden, vooral de automobielindustrie, scheepsbouw en vliegtuigbouw. Naast traditionele lichtgewicht metalen zoals aluminium, magnesium of titanium, Bij dragende toepassingen wordt steeds vaker gebruik gemaakt van composietmaterialen. Dit drijft een gelijktijdige behoefte aan om nieuwe technieken en methoden te ontwikkelen voor de vroege detectie van schade aan of zelfs het mogelijke falen van tot nu toe onderbelichte materialen.

Onderzoekers van de Complex Materials Group aan de ETH Zürich, in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Fribourg, hebben nu een aanpak aangenomen die recentelijk aandacht heeft gekregen in materiaalonderzoek:ze hebben een lichtgewicht materiaal gecreëerd dat door een kleurverandering interne vervorming en dus mogelijk materiaalfalen in een vroeg stadium aangeeft. Samengesteld uit afzonderlijke lagen, hun laminaat is doorschijnend, breukvast en toch zeer licht van gewicht.

Kunstmatig parelmoer gecombineerd met polymeer

Het laminaat is samengesteld uit afwisselende lagen van een kunststof polymeer en kunstmatige parelmoer of parelmoer. Dit laatste is een specialiteit van het Complex Materials Laboratory en is gemodelleerd naar het biologische voorbeeld van de mosselschelp. Het bestaat uit talloze glasplaatjes die parallel zijn gerangschikt, die zijn verdicht, gesinterd en gestold met behulp van een polymeerhars. Dit maakt het extreem hard en breukvast.

De tweede laag bestaat uit een polymeer waaraan de onderzoekers een indicatormolecuul hebben toegevoegd dat speciaal voor deze toepassing is gesynthetiseerd aan de Universiteit van Fribourg. Het molecuul wordt geactiveerd zodra het polymeer rekkrachten ondervindt, en dit verandert de fluorescentie. Hoe meer het materiaal uitrekt en hoe meer van deze moleculen worden geactiveerd, hoe intenser de fluorescentie wordt.

Fluorescentie duidt op overbelaste onderdelen

"We gebruikten fluorescerende moleculen omdat je de toename in fluorescentie heel goed kunt meten en je niet hoeft te vertrouwen op subjectieve waarneming, " zegt Tommaso Magrini, hoofdauteur van de studie, die onlangs in het tijdschrift werd gepubliceerd ACS toegepaste materialen en interfaces . Het systeem had ook kunnen worden ingesteld om een ​​kleurverandering teweeg te brengen die van buitenaf direct waarneembaar zou zijn. Maar:"De perceptie van kleuren is subjectief en het is moeilijk om conclusies te trekken over veranderingen in het materiaal, ' zegt Magrini.

Met behulp van fluorescentie, de onderzoekers kunnen nu overbelaste gebieden in het composietmateriaal identificeren, zelfs voordat er breuken ontstaan. Dit maakt vroege detectie van kwetsbare gebieden in een constructie mogelijk voordat een catastrofale storing optreedt. Een mogelijke toepassing van het nieuwe laminaat is in componenten in de dragende constructies in gebouwen, vliegtuigen of voertuigen, waar het essentieel is om hun falen in een vroeg stadium op te sporen.

Echter, het valt nog te bezien of en hoe het materiaal op industriële schaal kan worden geproduceerd. Tot dusver, het bestaat alleen op laboratoriumschaal als proof of concept.