聚合物损伤指示系统   

  材料中的损伤萌生及发展过程往往很难被观察到，直到材料出现断裂或失效。伊利诺伊大学香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的工作者近日研究出一种新型聚合物损伤指示系统，它能自动显示出材料超细微区域出现的裂纹、划痕以及内应力等损伤,能够让工程师们在材料细微损伤引起更多严重事故的之前就将其有效排除和解决。

微观损伤在石油管道、航空航天、汽车等工程构件或设备的实际服役过程中存在的巨大安全隐患，其造成的设备故障或失效事故往往带来的是巨大的经济损失和昂贵的修复费用。美国材料科学与工程教授南希·赛托斯和航空航天工程教授斯科特?怀特在《先进材料》杂志上发表说：聚合物对损伤极其敏感，遇到损伤会以小裂缝的形式存在，通常很难被发现。即使在很小的尺度上，裂纹损伤也能使高分子材料的完整性和功能发生显著的变化。

研究人员在环氧树脂中嵌入包裹有pH智能感应染料的微型胶囊。如果聚合物遇到裂纹、断裂或遭遇压力,胶囊会自动打开，释放出的pH智能感应染料会与环氧树脂发生反应,引起显著的颜色变化,从淡黄色到明亮红色,不需要添加任何额外的化学物质或活化剂。

  遇到更深的划痕或裂纹时, 更多的微型胶囊被打破，显示出更强烈的颜色，这有助于评估损害的程度。即使是只有10微米的细微裂缝也足以引起聚合物发生颜色的变化,让工作者知道材料已经发生了一些结构完整性变化或损伤。

  在发生严重腐蚀或其他损伤问题之前进行损伤探测，能够为涂层结构和复合材料等的使用提供有效的保障，增加其使用安全性和可靠性。白色和赛托斯贝克曼研究所是隶属于美国的先进的科学和技术。

  研究人员表明, 大量高分子材料均可以作为这一损伤指示系统的聚合物来源，可以应用于不同涂层结构材料，包括金属、聚合物和陶瓷等。他们还发现, 这一损伤指示系统具有长期稳定性,不会发生微胶囊泄漏导致失效和褪色的问题。除了能够有效避免不可预见的和昂贵材料结构损伤事故之外,微胶囊体系一个更大的优势是低成本、经济性。 “只需要在聚合物中添加5%的智能感应染料微胶囊就能展现出优异的损伤指示性能，是一种极具经济效益的高效的自动显示机械损伤的方法。”

  目前,该研究团队正在进一步对该聚合物损伤指示系统进行探索和开发应用，例如应用在纤维增强复合材料以及自修复材料的完整性检测中。

  “我们设想这种损伤自动指示系统能力能够完美地结合到其他实际工程应用中，如材料自愈和腐蚀修复中, 实现该指示系统可以原位指示出在线构件损伤的动态自修复过程以及裂纹愈合和发展过程。”赛托斯说。

  腐蚀在临界值瞬间发生--不锈钢腐蚀过程可视化

核设备不锈钢构件微观裂纹

  2016年2月24日日本东北大学也宣布，开发出了可同时测量水溶液环境下金属表面的氢离子浓度指数（pH）和氯化物离子浓度分布的荧光成像板，使不锈钢缝隙的腐蚀过程可视化。观察发现，腐蚀并不是缓慢推进的，而是在缝隙内溶液成分达到临界值时瞬间发生的……