香港理工大學發明出可噴涂納米復合材料傳感器

     *近，香港理工大學的研究團隊開發出了一種嶄新的納米復合材料傳感器，可直接噴涂于平坦或彎曲的工程結構，如火車路軌和飛機結構。噴涂出來的傳感器可進一步構成傳感器網絡，為受監測的結構提供實時及豐富的結構健康狀況信息。

香港理工大學開發的納米復合材料傳感器

    據悉，納米復合材料傳感器由理大機械工程學系的蘇眾慶教授、周利民教授及以他們為首的團隊研發，采用創新的噴涂技術制成，使傳感器安裝過程比傳統方法更快捷和具效率。這種新技術也令該傳感器適用于多種工程結構表面，提高了它的靈活性。蘇教授說，該新型納米復合材料傳感器，能同時兼顧傳感器的成本及傳感器網絡所捕獲的數據量兩個因素，為實現原位振動感測、以超聲波為基礎的結構健康監測技術開辟了新思路。

可減省成本提高靈敏度

    納米復合材料傳感器由碳黑、二維石墨烯、導電納米粒子及聚偏二氟乙烯混合而成，可根據各種工程應用的需要，輕易和靈活地制成不同的尺寸大小。新的納米復合材料傳感器由于優化了混合物的納米結構，能敏感地檢測到結構的改變，它能識別納米復合材料對不同壓阻的回饋。該新技術中，每一個傳感器都通過印刷在結構上的電線連接到網絡，透過分析和比較由電阻率轉換而成的電信號，便可發現結構中的缺陷，同時將信號轉換為三維圖像。

體重輕且成本低

      據了解，這種傳感器重量極輕，而且制造成本低廉，可大量采用以檢測隱藏在結構內部的問題，有助開創以超聲波為基礎的結構健康監測新時代。它包含一個傳感器網絡，由多個納米復合材料傳感器及一個超聲波換能器組成，可主動探測安裝了該傳感網絡的結構的健康狀況，快速及準確地顯示該結構是否有損壞。

      傳感器會接收及量度超聲波換能器發出的超聲導波，如結構有損壞，例如出現裂縫，超聲導波的傳播會受損壞的地方干擾，因而出現特有的波散射現象，并為傳感網絡所記錄。團隊研發出來的一體化系統，可基于超聲導波的散射準確地檢測及量化結構損壞的情況。據悉，傳統超聲波傳感器采用壓電材料制作，成本是十多美元，重數克;而這個新一代納米復合材料傳感器的成本僅0.5美元，重0.04克。因此，一個結構可同時使用更多傳感器，以獲得更豐富的信息作分析，同時又不會給結構帶來明顯的負重。

靈活性好，適用結構表面

      此外，這款納米復合材料傳感器有*的靈活性，適用于彎曲的結構表面，可廣泛地應用在各種工程結構，即使是在移動結構的表面亦同樣可以噴涂方式安裝，實時傳送結構的健康信息。

響應頻率更廣闊

      這款納米復合材料傳感器可量度由靜止至900千赫茲的微小幅度的超聲波信號。這技術能在超聲波系統采集散射波，從而檢測大部份工程物料中微細至一至二毫米的裂縫，響應頻率比現有納米復合材料傳感器(根據國際期刊現有的報道)的響應頻率高出400多倍。

雖然傳統超聲波傳感器可量度的超聲波范圍，比這款納米復合材料傳感器的響應頻率更廣闊，但傳統傳感器的重量及成本均較高，難以大量使用構成大型傳感器網絡，故此只能帶來有限的數據資料。在眾多工程實際應用中，特別是針對航空航天結構，使用有很大的限制。

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