Материал-датчик из Японии: сам себя проверяет на трещины и передает данные

Специалисты японского Университета Тохоку разработали композитный материал, способный самостоятельно выявлять внутренние повреждения без подключения к внешнему источнику питания. Результаты исследования опубликованы в Международном журнале интеллектуальных и наноматериалов.

Новый материал представляет собой комбинацию углепластика (CFRP) и пьезоэлектрического нанокомпозита на основе ниобата калия-натрия. Эта керамика не содержит свинца, что отличает её от традиционных пьезоэлектриков. При механическом воздействии пьезоэлектрический компонент преобразует вибрации в электрический сигнал.

В ходе лабораторных испытаний образец генерировал напряжение холостого хода до 13,6 вольта. Исследователи установили прямую зависимость между размером трещины и характеристиками сигнала: при увеличении длины повреждения выходное напряжение и резонансная частота снижались. Эта закономерность позволяет фиксировать расслоение материала по изменению времени приёма беспроводных сигналов.

Руководитель проекта доцент Чжэньцзинь Ван пояснил, что углепластик широко применяется в авиастроении, ветроэнергетике и других отраслях благодаря высокой прочности при малом весе. Однако внутренние трещины в таких конструкциях сложно обнаружить стандартными методами, а установка проводных датчиков и аккумуляторов не всегда возможна.

Разработка объединяет три функции в одной системе: сбор энергии от вибраций, измерение параметров среды и передачу диагностических данных по беспроводному каналу. Потенциальные сферы применения включают мониторинг состояния самолётов, ветряных турбин и строительных конструкций.