材料內(nèi)部損壞的發(fā)展情況，很難看到，直至材料發(fā)生斷裂或失效。然而，人類科技的創(chuàng)新，解決了這一難題。據(jù)外媒 Materials Performance 最新報(bào)道，美國研究人員開發(fā)出一種新型聚合物損壞顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動(dòng)指示出材料出現(xiàn)裂紋、劃損或存在應(yīng)力的區(qū)域，使工程師在問題更加嚴(yán)重之前就提出問題成為了可能。

    這一研究成果是由美國伊利諾伊大學(xué)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)貝克曼研究所材料科學(xué)與工程教授 Nancy Sottos 和航空航天工程教授 Scott White 共同帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)完成的，其 論 文“Autonomous Indication of Mechanical Damagein Polymeric Coatings” 于 2016 年 1 月 11 日 發(fā) 表 在Advanced Materials 期刊上。他們指出，早期預(yù)警系統(tǒng)是很有用的，尤其是對(duì)于石油管道、航天航空運(yùn)輸和汽車等方面的應(yīng)用來說，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中一個(gè)部件的失效將會(huì)帶來巨大損失，且難以修復(fù)。

    Nancy Sottos 教授說：“聚合物容易出現(xiàn)小裂紋形式的損壞，且通常不易發(fā)現(xiàn)。即使是小規(guī)模的裂紋損壞，也會(huì)嚴(yán)重影響聚合物材料的完整性和功能。我們開發(fā)出一種很簡(jiǎn)單卻又很精妙的材料，可以自動(dòng)顯示材料的機(jī)械損壞。”

    研究人員在環(huán)氧樹脂中嵌入含 pH 敏感染料的微型膠囊，如果聚合物出現(xiàn)裂紋或受到劃損、應(yīng)力或出現(xiàn)斷裂，這微型膠囊就會(huì)裂開，染料與環(huán)氧樹脂反應(yīng)，因此而導(dǎo)致的變色是很顯眼的，淡黃色變?yōu)榱良t色，整個(gè)過程不需要添加任何化學(xué)品或催化劑。

    裂紋或劃損越深，微型膠囊裂開得越多，顏色也就越深。 這種方法可以用于評(píng)估材料損壞的程度。 盡管如此，僅僅 10 微米的微型裂紋足可以引發(fā)變色反應(yīng)，讓使用者知道材料已經(jīng)失去了一定程度的結(jié)構(gòu)完整性。

    Scott White 教授說：“在重大腐蝕或其他問題出現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)材料損壞，使涂層下的結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料更具安全性和可靠性。”

    研究人員已證實(shí)，這一材料損壞顯示系統(tǒng)可以很好地適用于多種聚合物材料，這些聚合物材料可以用于為不同的基底添加涂層，包括金屬、聚合物和玻璃等基底。他們還發(fā)現(xiàn)，這一材料損壞顯示系統(tǒng)具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，不會(huì)出現(xiàn)微型膠囊泄露導(dǎo)致的誤報(bào)，也不會(huì)褪色。

    除了可以避免不可預(yù)見且代價(jià)高昂的失效，微型膠囊系統(tǒng)還具有另一個(gè)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，就是價(jià)格低廉。NancySottos 教授說：“聚合物僅需要 5% 的微型膠囊來展現(xiàn)其優(yōu)秀的材料損壞顯示能力，所以說，這種自我報(bào)告能力的獲取還是很劃算的。”

    目前，這一研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步開發(fā)該系統(tǒng)在其他方面應(yīng)用的可能，如將它用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，或是將它與該團(tuán)隊(duì)之前在做的自愈系統(tǒng)進(jìn)行整合等等。

    Nancy Sottos 教授說：“我們?cè)O(shè)想這種自我報(bào)告能力可以同其他功能如自愈和腐蝕防護(hù)功能等進(jìn)行無縫對(duì)接，就可以既用于報(bào)告材料損壞，也可對(duì)損壞進(jìn)行修復(fù)。這項(xiàng)工作正在進(jìn)行中，已有二次跡象顯示裂紋愈合。”