量子點涂料可快速測試飛機

當(dāng)用紫外光掃描時，涂料可以迅速發(fā)現(xiàn)其下面表面的應(yīng)變現(xiàn)象。

未來的技術(shù)人員僅通過相機快速掃描，就能夠測試飛機機身的適航性，檢查橋梁的結(jié)構(gòu)完整性或檢查復(fù)雜的3D打印部件是否存在缺陷。美國空軍技術(shù)學(xué)院和Los Alamos國家實驗室的研究人員正在開發(fā)一種含有量子點的涂料，這種涂料可以實現(xiàn)這一點。研究人員表示，制造商可以將這種涂料涂在包括車輛、基礎(chǔ)設(shè)施和零部件在內(nèi)的物體表面。檢查員或質(zhì)量保證專家可以通過分析發(fā)出的光來快速測量這些表面上的應(yīng)變（變形程度）。

為了在今天的測試過程中不破壞表面，技術(shù)人員可能會產(chǎn)生一個磁場，但這通常需要笨重的設(shè)備，并提供難以讀取的結(jié)果。他們還可能使用X射線，這會帶來輻射安全問題。其他的掃描方法，如超聲波或微波，在它們可以測量的材料方面受到限制。

“想象一下拿著照相機，然后在屏幕上看到二維應(yīng)變表面圖，”空軍技術(shù)學(xué)院的Michael Sherburne說，他是開發(fā)注入量子點涂料的研究人員之一。

量子點是幾納米寬的半導(dǎo)體粒子。它們的小尺寸帶來了一些獨特的量子效應(yīng)，就好像每個量子點都是一個人工原子。例如，量子點在受到電磁輻射的激發(fā)時會發(fā)光。發(fā)出的光的波長根據(jù)點的大小而變化，較小的點發(fā)出藍光。

“涂料”由懸浮在透明聚合物中的量子點組成。這些點在紫外線照射下發(fā)出綠光。其他的量子點涂料確實存在，但它們主要用于美學(xué)，比如在黑暗中給物體發(fā)光。

這種涂料的量子點還有一個額外的特性：當(dāng)它們受到拉伸或擠壓時，它們發(fā)出的光的波長會發(fā)生變化，變得更短（更藍）或更長（更紅），這取決于它們是被拉伸還是擠壓。研究人員設(shè)想了一種相機，它使用激光在有涂料的表面上照射紫外線，然后捕捉到產(chǎn)生的輻射，并繪制出表面應(yīng)變圖。

佛羅里達大學(xué)（University of Florida）的化學(xué)教授Kirk Schanze表示，利用光來測量應(yīng)變的想法已經(jīng)存在了幾十年，但使用量子點來實現(xiàn)這一目的還是一個新的想法。

不過，這種涂料確實有其局限性。首先，非常高的溫度會融化聚合物。當(dāng)然，量子點涂層只能測量涂料施涂后發(fā)生的應(yīng)變；例如，如果一名技術(shù)人員在一架舊飛機上涂上它，涂料不會顯示出之前發(fā)生的任何變形。

但Sherburne想解決后一個問題?！斑@肯定是未來的工作，”他說。

除了使檢測過程更快、更容易，這種涂料可能比今天的應(yīng)變傳感儀器更通用。制造商可以將其應(yīng)用到3D打印的形狀復(fù)雜的零件上，這些零件不適合今天的應(yīng)變測量技術(shù)。此外，一種裝置可以將紫外光通過光纖電纜傳輸，從而可以掃描在其他地方很難到達的表面。

Schanze稱研究人員的工作是“一個有趣的概念證明”，但他說，使用這種顏料進行全尺寸測量的途徑還不清楚。

Sherburne也認為，任何實際應(yīng)用都還有很長的路要走。下一步是構(gòu)建一個在紫外線下掃描并測量返回顏色的相機系統(tǒng)。雖然這項技術(shù)已經(jīng)存在，但研究人員還沒有將其發(fā)展到一個概念之外。因此，維修人員可能需要十多年的時間才能開始在橋梁上涂上應(yīng)變感應(yīng)涂料，并用紫外線掃描。

原文標題：量子點涂料可以使飛機檢查快速而簡單

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