Każda zmiana naprężenia w materiale może decydować o tym, że coś działa albo nie. Ma to niebagatelne znaczenie także dla naszego bezpieczeństwa, bo przecież użytkownikami różnego rodzaju silników, budynków czy mostów są ludzie. A przecież wystarczy nieznacznie przekroczyć wartość krytyczną, by doprowadzić do pęknięcia, rozszczelnienia, a nawet wybuchu. Dlatego właśnie potencjalna wiedza o tym, gdy w materiale “coś” zaczyna się dziać, byłaby bezcenna.
Czytaj też: Polka może odmienić sposób leczenia udaru mózgu. Większość lekarzy nie zwraca uwagi na ten szczegół
Prof. Łukasz Marciniak i doktorantka Maja Szymczak z Instytutu Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN opracowali całkiem nowy sposób pomiaru ciśnienia za pomocą nanomateriałów luminescencyjnych. Szczegóły opisano w czasopiśmie Chemical Engineering Journal.
Farba, która wskaże, gdy coś zaczyna się psuć
Polscy naukowcy opracowali specjalną farbę, która zawiera nanomateriały luminescencyjne. Gdy oświetli się je promieniowaniem o odpowiedniej długości, zaczynają świecić, a widmo emisji (czyli kolor) zmienia się wraz z ciśnieniem w danym miejscu. Zjawisko to można wykorzystać do monitorowania, czy dana konstrukcja pracuje prawidłowo. Niewykluczone, że zmianę będzie widać nawet gołym okiem.
Prof. Łukasz Marciniak mówi w rozmowie z portalem Nauka w Polsce:
Nasze rozwiązanie może pracować w trybie ciągłym i zdalnie. Nie trzeba podłączać do badanej konstrukcji obwodów elektrycznych, zasilania. Jeśli skierujemy na dany element kamerę, możemy w trybie ciągłym, bez zatrzymywania urządzenia, analizować rozkład ciśnień w badanym układzie. W czasie rzeczywistym dowiadujemy się, gdzie pojawiają się uszkodzenia. To nie tylko zmniejszy koszty diagnostyki, ale przede wszystkim umożliwi szybką diagnostykę.
Zjawisko pomiaru ciśnienia za pomocą analizy spektralnej światła emitowanego przez dany materiał, czyli manometria luminescencyjna, jest znana od lat. Do tej pory jednak odczytów dokonywano punktowo, więc nie było widać rozkładu ciśnień na całej powierzchni. Teraz, by dokonać pomiaru, wystarczy zwykły smartfon.
Prof. Łukasz Marciniak dodaje:
Zaproponowaliśmy metodę, która zmienia paradygmat pomiaru: dokonujemy odczytu ratiometrycznego – analizujemy stosunek intensywności luminescencji sygnałów w dwóch zakresach spektralnych. Fotografujemy więc obiekt z użyciem jednego filtra, potem drugiego, dzielimy oba zdjęcia przez siebie i otrzymujemy mapę rozkładu ciśnienia. Stosunek intensywności dwóch zakresów spektralnych dla opracowanych przez nas materiałów jest mało wrażliwy na zmiany temperatury. Dzięki temu zyskujemy dużą precyzję i czułość odczytu. A temperatura w badanym obiekcie nie wpływa na pomiar.
Nanomateriały opracowane przez polskich naukowców wykorzystują spektralne przesunięcie szerokiego pasma emisji, czyli ich kolor wyraźnie zmienia się wraz z ciśnieniem. Można je zaprojektować specjalnie z myślą o konkretnym zastosowaniu i skalibrować według własnych potrzeb. Jeżeli w danej sytuacji wzrost ciśnienia z 1 do 2 gigapaskali będzie problemem dla stabilności danej konstrukcji, specjalnie przygotowana farba to wykryje.
Czytaj też: Polacy dokonali znaleziska, jakiego jeszcze nie było. Chodzi o miejsce, do którego dotarli rzymscy żołnierze
Prof. Łukasz Marciniak podsumowuje:
Od lat zajmuję się termometrią luminescencyjną. Opracowywaliśmy materiały, które zmieniają emisję w zależności od temperatury. Uświadomiłem sobie wtedy, że nie ma możliwości analogicznego obrazowania ciśnienia w dwóch wymiarach. A to by było przydatne w inżynierii. Dlatego opracowaliśmy zupełnie nową technikę odczytu ciśnienia i znaleźliśmy materiały, które odpowiadają założeniom. Dzięki temu w jednej chwili widać będzie mapę rozkładu ciśnienia.