材料內部損壞的發(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)可自動指示出材料出現(xiàn)裂紋、劃損或存在應力的區(qū)域，使工程師在問題更加嚴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先進科學技術貝克曼研究所材料科學與工程教授 Nancy Sottos 和航空航天工程教授 Scott White 共同帶領研究團隊完成的，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，早期預警系統(tǒng)是很有用的，尤其是對于石油管道、航天航空運輸和汽車等方面的應用來說，在這些應用領域中一個部件的失效將會帶來巨大損失，且難以修復。

    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，也會嚴重影響聚合物材料的完整性和功能。我們開發(fā)出一種很簡單卻又很精妙的材料，可以自動顯示材料的機械損壞。”

    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、應力或出現(xiàn)斷裂，這微型膠囊就會裂開，染料與環(huán)氧樹脂反應，因此而導致的變色是很顯眼的，淡黃色變?yōu)榱良t色，整個過程不需要添加任何化學品或催化劑。

    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，讓使用者知道材料已經失去了一定程度的結構完整性。

    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，使涂層下的結構和復合材料更具安全性和可靠性。”

    研究人員已證實，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)具有長期穩(wěn)定性，不會出現(xiàn)微型膠囊泄露導致的誤報，也不會褪色。

    除了可以避免不可預見且代價高昂的失效，微型膠囊系統(tǒng)還具有另一個經濟優(yōu)勢，就是價格低廉。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，這種自我報告能力的獲取還是很劃算的。”

    目前，這一研究團隊正在進一步開發(fā)該系統(tǒng)在其他方面應用的可能，如將它用于纖維增強復合材料，或是將它與該團隊之前在做的自愈系統(tǒng)進行整合等等。

    Nancy Sottos 教授說：“我們設想這種自我報告能力可以同其他功能如自愈和腐蝕防護功能等進行無縫對接，就可以既用于報告材料損壞，也可對損壞進行修復。這項工作正在進行中，已有二次跡象顯示裂紋愈合。”