東北大學的研究人員開發出一種新型材料，可透過發光餘輝記錄基礎設施的應力歷史，為解決基礎設施老化問題提供了一種無需電源、易於整合的解決方案。這種材料不需要複雜的設備就能長時間儲存應力數據，與物聯網技術結合，簡化了結構診斷，減少了人力和成本。

來源：Tomoki Uchiyama， Chao-Nan Xu et al.

識別和修復老化的基礎設施同樣具有挑戰性。然而，日本東北大學的研究人員透過開發一種創新新材料，使這一過程變得更加容易。這種材料會對機械刺激做出反應，透過一種稱為”餘輝”的發光效應來記錄應力歷史。透過將此材料應用於結構表面，研究人員可以觀察餘輝的變化，從而確定材料所經歷的應力大小。

東北大學教授、該研究的通訊作者徐朝南指出：”我們的材料之所以具有真正的創新性，是因為它無需電源、複雜的設備或現場觀察即可運行，而且很容易與物聯網技術相結合。 “

在日本，基礎設施老化已成為一個重大問題，導致對可防止事故和/或延長結構壽命的新診斷技術的需求增加。

機械發光材料在受到機械刺激時會發出螢光，將此材料應用於結構表面可以發展出裂縫檢測和應力可視化等技術。但是，只有在機械刺激的瞬間才能觀察到發光，而且無法檢索過去機械刺激的資訊。

本研究首次透過餘輝展示了多壓電機械發光材料Li0.12Na0.88NbO3的應力記錄（MR）功能。與只能即時測量機械資訊的傳統ML 材料不同，新型MR 功能有望在捕捉應力的歷史分佈方面發揮重要作用。圖片來源：Tomoki Uchiyama、Chao-Nan Xu 等人

研究人員探索了各種能夠記錄過去機械負載歷史的材料。這些材料通常將應力發光材料與光敏材料結合在一起，形成一個材料在機械應力作用下發光的系統，這種光可以被保存下來，然後透過分析重建應力歷史。然而，這些材料面臨一些挑戰：複雜的分層結構、暗反應和長期記錄性能。此外，雖然某些螢光團在加熱時會顯示過去的負載歷史，但其應用僅限於能夠承受高溫的材料。

徐和她的同事發現了一種利用摻雜Pr的Li0.12Na0.88NbO3（LNNO）來記錄應力的簡單而環保的方法。這種LNNO 具有機械記錄功能，這意味著它甚至可以檢索過去的應力事件。

若要檢索過去的應力訊息，可在物體表面塗上一層LNNO，然後用手電筒照射。 LNNO 產生的餘輝可透過攝影機或光感測器進行測量。研究表明，餘輝影像與透過有限元素法分析獲得的結果在數量上相吻合。此外，研究也證實，即使在五個月後，LNNO 仍能保留這些應力資訊。

徐補充說：”我們的研究成果有望緩解結構診斷方面的人才短缺問題，並降低成本。”

編譯自/ ScitechDaily