研究人員開發(fā)新方法來定制特殊的凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型

弗里堡大學(xué)Adolphe Merkle研究所（AMI）和日本北海道大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種技術(shù)來改變應(yīng)力指示分子的性質(zhì)，這些分子可以摻入凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型中，并通過光學(xué)信號(hào)對(duì)信號(hào)損傷或機(jī)械載荷過大。

    在國(guó)家能源研究生物材料研究中心開展的研究中，AMI高分子化學(xué)與材料研究所主席Christoph Weder教授及其研究小組一直在研究凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型，這些凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型在受到機(jī)械作用時(shí)會(huì)改變其顏色或熒光特性。加載。

    實(shí)現(xiàn)該操作的現(xiàn)有方法基于獨(dú)特設(shè)計(jì)的凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型，其由弱化學(xué)鍵組成，當(dāng)施加的機(jī)械力超過特定閾值時(shí)，所述弱化學(xué)鍵斷裂。此效果可能導(dǎo)致顏色變化或其他預(yù)定義的響應(yīng)。然而，該方法的主要缺點(diǎn)是當(dāng)暴露于熱或光時(shí)，弱鍵也會(huì)破裂。由于缺乏特異性，應(yīng)力指示凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型的實(shí)際用途被最小化。而且，它通常會(huì)使效果不可逆轉(zhuǎn)。

    為了解決這個(gè)問題，Weder和Yoshimitsu Sagara博士是一名日本研究員，他在AMI的Weder小組工作了兩年，然后作為助理教授加入北海道大學(xué)，開發(fā)了一種新的凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型，只能用機(jī)械力刺激。

    與之前的力傳導(dǎo)分子相比，沒有化學(xué)鍵斷裂。相反，新的凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型具有機(jī)械互連的兩個(gè)部分。這種互連阻止了兩個(gè)部分的分離，同時(shí)仍然能夠?qū)⑺鼈兾谝黄鸹蛳嗷ヅ懦?。這種分子吸引和排斥導(dǎo)致分子的熒光從關(guān)閉轉(zhuǎn)換為開啟。

    在開放獲取期刊ACS Central Science的新版本中，Weder，Sagara和他們的同事表示，這個(gè)新想法是多功能和強(qiáng)大的。

    如所提出的，由新圖案組成的鎧裝熱電偶在沒有機(jī)械力時(shí)不發(fā)熒光，但是當(dāng)僅使用一種鎧裝熱電偶時(shí)它們變成明亮的熒光紅色，綠色或藍(lán)色，當(dāng)它們組合時(shí)它們變成白色 - 當(dāng)延長(zhǎng)。由于沒有化學(xué)鍵斷裂，該過程也是完全可逆的。

    因此，當(dāng)新的凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型被整合到彈性凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型?中并且當(dāng)它被延伸時(shí)，熒光被打開，并且當(dāng)力被移除并且材料收縮時(shí)，關(guān)閉熒光。此外，建立熒光強(qiáng)度或亮度以與變形程度相關(guān)。

    這些材料的有前途的應(yīng)用是集成的監(jiān)視器，在部件停止工作之前傳輸視覺警告標(biāo)志，或允許工程師記錄負(fù)載部件的應(yīng)力并幫助他們更好地設(shè)計(jì)這些。此外，凝灰?guī)r水泥高溫抗磨熱電偶K型對(duì)合成材料以及生物系統(tǒng)中的應(yīng)力傳遞機(jī)制的基礎(chǔ)，分子水平研究具有潛力。

    現(xiàn)在，瑞士 - 日本集團(tuán)正攜手使設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，將概念擴(kuò)展到包括改變顏色的材料，而不是熒光。可以在沒有任何輔助方法的情況下檢查這些圖案的響應(yīng)，因此對(duì)于實(shí)際應(yīng)用將更有價(jià)值。

    該研究由日本科學(xué)技術(shù)機(jī)構(gòu)和瑞士國(guó)家研究生物啟發(fā)材料研究中心資助。