基于光子晶体的应变传感器利用颜色变化监测建筑物结构安全
2024-11-14 16:49:57 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
该研究团队成功开发出一种采用纳米制造技术的先进薄膜型应变传感器。当应用于建筑物或其它基础设施时，薄膜的颜色会根据变形的程度和性质而变化，有助于准确高效地检测建筑物结构老化和损坏，以进行安全评估。
据麦姆斯咨询介绍，随着建筑物的老化，对其结构完整性进行有效监测的需求也显著增长。基于光子晶体的应变传感器技术的突破如今能够精确、实时地测量结构变形和稳定性。这项创新技术有望重塑结构监测领域，提供一种经济高效、省时省力的解决方案，减少传统上对该领域所需的专业知识的需求。
上述技术的研究团队由韩国科学和信息通信技术部下属的韩国机械和材料研究所（KIMM）纳米融合制造研究部纳米光刻与制造研究中心首席研究员Jae Sung Yoon博士和UST-KIMM学院的博士生Nguyen Hoang Minh领导，从孔雀羽毛和大闪蝶等自然现象中观察到的结构着色中汲取灵感。
该研究团队成功开发出一种采用纳米制造技术的先进薄膜型应变传感器。当应用于建筑物或其它基础设施时，薄膜的颜色会根据变形的程度和性质而变化，有助于准确高效地检测建筑物结构老化和损坏，以进行安全评估。
具有观察角度补偿功能的结构色应变传感器
韩国机械和材料研究所研发的这种应变传感器技术通过使用纳米图案将机械变形转化为视觉颜色变化。该方法将变形可视化为图像数据，无需颜料、染料或外部供电。通过利用智能手机摄像头量化颜色，可以实现精确和详细的测量，将传统的结构监测和测量过程简化为简单的贴片应用。
纳米结构着色研究中长期存在的一项技术挑战是颜色会根据观察角度而变化。韩国机械和材料研究所取得了突破，开发出一种无论视角如何变化都能确保着色一致的技术，这是世界首创的成就。这种新颖的纳米图案保持均匀的颜色，为补偿与角度相关的差异提供了标准参考，从而能够精确测量变形，而不管特定的观察角度如何。
韩国机械和材料研究所还开发了一种人工智能（AI）结合的结构监测解决方案，可通过分析颜色变化来评估潜在风险。通过智能手机应用程序、无人机、机器人、闭路电视和其它先进技术实现测量方法的多样化，他们现在能够检测和分析以前难以评估的建筑物和结构的损坏和风险。
利用这项核心技术，韩国机械和材料研究所开发出一种能够控制颜色表现的薄膜，使其可以用作透明薄膜，仅在特定条件下显示图案。这一进步在防伪和安全薄膜应用方面具有巨大潜力。
韩国机械和材料研究所的相关光子晶体传感器技术已申请了10多项韩国国内专利以及1项国际专利（PCT），目前正在审查另一项美国专利。该技术的相关论文以“Photonic Crystals for Dichotomous Sensitivity to Strain for Sensor and Indicator Applications”为题发表于ACS Applied Nano Materials期刊。
研究团队正在通过技术简报和交流与行业合作伙伴积极合作。目前，该团队正在与一家公司签订技术转让协议，旨在加速这项创新技术的商业化应用。韩国机械和材料研究所首席研究员Jae Sung Yoon博士表示：“这项光子晶体传感器技术彻底改变了建筑物和设施结构老化和稳定性的评估方式。通过以较低的成本提供高精度的结构监控解决方案，我们旨在为提高公共安全和社会稳定做出贡献。”
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