Een defecte leiding kan moeilijk te herkennen zijn. Het kan een plas veroorzaken, een ander teken van schade veroorzaken, of gewoon barsten voor detectie. Een ondergelopen keuken of wasruimte is rommelig en onhandig, maar er staat veel op het spel, veel hoger in kerncentrales, die gemiddeld vele kilometers pijpleiding bevatten.

Naarmate de bezorgdheid over ouder wordende planten toeneemt, Vanderbilt-ingenieurs werken aan een systeem voor vroegtijdige waarschuwing. Ze gebruiken polymeercoatings aan de binnenkant van de pijp en 3D-geprinte polymeerapparaten doordrenkt met nanodeeltjes als sensoren om de veranderingen aan de buitenkant van de pijp te signaleren. En, zij hopen, geluid.

Een enorme uitdaging is om de veranderingen in de polymeerfilm in de buis te detecteren. Om een ​​bruikbare en proactieve techniek te creëren, het team wil geluid gebruiken, of vibrometrie, om deze interne veranderingen van buiten de leiding te identificeren.

"We ontwerpen en bereiden coatings die metaalionen die vrijkomen bij het corrosieproces in een pijp kunnen grijpen of cheleren. " zei Kane Jennings, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering.

"De films kunnen metaalionen cheleren in oplossing en van een corroderend oppervlak. De gechelateerde metalen veranderen de eigenschappen van de polymeerfilms om de polymeerketens effectief te verknopen, " zei Kane, die tevens de afdeling voorzit.

De eerste resultaten zijn veelbelovend. Vibrometrie vertoont lichte veranderingen wanneer de metalen aan de coating worden gebonden, Jennings zei, en lopend onderzoek evalueert de betrouwbaarheid bij verschillende laagdiktes. De sensor voor de buitenkant van de leiding werkt - de coating verandert van groen in blauw bij een verandering in input die het corrosieproces zou kunnen signaleren.

"Uiteindelijk zou de sensor moeten communiceren met de vibrometrie om een ​​stop/go-kleursignaal te geven over de gezondheid in de pijp, ' zei Jennings.

Een onderzoek van het Electric Power Research Institute waarin de veiligheid van leidingen in Amerikaanse kerncentrales over een periode van 36 jaar werd beoordeeld, vond 1, 816 leidingstoringen die zijn vastgesteld door testen en inspectie. Nog 2, 247 storingen gevonden nadat leidingen waren gelekt, en in sommige gevallen, dodelijke arbeidsongevallen veroorzaken.

Pijpleidingen in kerncentrales transporteren "koel" water, die bijna kookt, naar de reactor en naar de splijtstofdokken. Leidingen leveren waterstofgas aan generatoren en transporteren stoom naar de hoofdturbine, naast vele andere functies. Het idee zou zijn om te beginnen met het coaten van aftakkingen en verbindingen van koelleidingen.

Onderzoek heeft betrekking op faculteits- en afgestudeerde studenten in de chemische, werktuigbouwkunde en civiele techniek. Cole Brubaker, doctoraat '18, ontwikkelde de sensoren met behulp van met metaal gedoteerde zinksulfide-fosformaterialen. "3-D-geprinte wisselstroom elektroluminescente apparaten" werd gepubliceerd in de Tijdschrift voor materiaalchemie in mei 2019. Doug Adams, Daniel F. Flowers Hoogleraar en voorzitter van de afdeling Civiele en Milieutechniek, was de hoofdonderzoeker. Jennings is de hoofdonderzoeker van een paper dat de fundamentele chemie bevestigt, gepubliceerd in september 2019 in de Journal of Physical Chemistry .