采用特殊的材料和方法制作而成(chén站書g)的絲綢傳感器，在民用、航空和基礎設施建設所用複合材料的照內設計研究方面(miàn)將(jiāng)會(huì)起(qǐ)到(dào師雨)很大的推動作用，并且極有可能(néng)為區舞未來複合材料的檢測提出新的标準。那麼(me)所謂的絲綢傳感器是怎麼(m學子e)制作和應用的呢？

消費者想要節能(néng)高效的車輛和高性能(né用員ng)運動産品，市民想要有抗風化的橋梁，制造商想要用拿一更有效的方式來制造可靠的汽車和飛機。人們需要的是即使長(cháng)期暴露在環微鐵境壓力下，也不會(huì)發(fā)生破裂的新型輕質、節能(néng)的複合材內遠料。

為了實現這(zhè)一需求，美國(計花guó)國(guó)家标準與技術研究所（NIS也著T）的研究人員研究出了一種(zhǒng)新技術，能(néng)夠將(內我jiāng)納米尺度的損傷傳感探頭嵌入由環氧樹脂和絲綢制成林議(chéng)的輕質複合材料中。号稱機械響應性聚合道報物的探針，可以加速産品測試過(guò)程，并盡可能(日日néng)地減少開(kāi)發(fā)多種(zhǒ店花ng)新型複合材料所要花費的時(shí)間和材理亮料。

黑光下用絲綢實驗探測複合材料中損傷的實例

注：（左）家蠶蛹的普通蠶絲蛋白。有雜觀察到(dào)的熒光是由存在于纖維蛋白質遠做結構中的分子的作用産生的。（中）機械響應性聚合物标記的絲綢纖維受損傷銀廠或應激而發(fā)出熒光。（右）沒(méi)有機械響應性的聚話刀合物對(duì)照試樣(yàng)。

NIST團隊使用被(bèi)稱為習做若丹明内酰胺（rhodamine spi路媽rolactam，RS）的染料制作了這(zh照我è)種(zhǒng)探針，該染料在受到(dào)外加力時(shí)會(huì)費地發(fā)出熒光。在該實驗中，分子附著(zhe)在環氧基複這西合材料所含的絲綢纖維上。随著(zhe)越來越多的力被(b房用èi)施加到(dào)複合材料上，這為懂(zhè)些應力應變激活了RS，使其在受激光激發(fā)時(shí)發(fā)火商出熒光。雖然肉眼看不到(dào)這(zhè)種(zhǒng)變化，但采用由NI內路ST構建和設計的紅色激光和顯微鏡可以拍攝到(d司吃ào)複合材料内部的照片，甚至能(néng)夠顯好民示其内部最微小的斷裂和裂縫，并檢測到(dào)纖維斷裂的位置。這(討靜zhè)一成(chéng)果被(bèi)發(fā)布在了Adva又子nce Materials I關西nterfaces雜志上。

複合材料設計中使用的材料是多種(外商zhǒng)多樣(yàng)的。本質上，複合材料如同螃蟹車亮殼或象牙（骨）是由蛋白質和多糖一樣(yàng)構成(ché議木ng)模式。而在這(zhè)項研究中，環氧樹脂與牛津大學舊風(xué)Fritz Vollrat慢可h教授研究小組使用家蠶蠶蛹編制出的絲綢長(站爸cháng)絲相結合形成(chéng)了一種(zhǒng)新的複合材料。

本研究中使用的纖維增強基聚合物複合材料結合了其主要組分最優異的性算看能(néng)——纖維的強度和聚生放合物的韌性。然而，所有複合材料具有的共同之處是各組分相接觸的部位都樂飛(dōu)有界面(miàn)存在，而該界面(miàn)的彈性對(員醫duì)複合材料承受損壞的能(néng)力至關重要。薄開影而靈活的界面(miàn)通常被(bèi)設計者和制造商所青銀了睐，但是，測量複合材料中界面(miàn)的特性是非常具有挑戰性的。

帶領研究小組在NIST進(jìn)行相關工作的研究員Jef個紅frey Gilman說(shuō)：“目前在研究測量複合材料宏觀特性電小的方法上已經(jīng)做了很多工作，但是在最近幾十年的時(shí)間裡唱也(lǐ)，所要面(miàn)臨的挑又東戰是要确定在界面(miàn)内部發(fā)生了什麼(me)。”

目前已有的一種(zhǒng)服南方法是光學(xué)成(chéng)像，然而，用于光學(那鄉xué)成(chéng)像的常話謝規方法僅能(néng)夠在小至200-400 nm的尺度上記錄圖像。但一些界面公人(miàn)的厚度隻有10至100 nm，使得這(熱也zhè)項技術對(duì)于複合材料中制草的相間成(chéng)像而言幾乎無效。而通過(guò)街銀在界面(miàn)上安裝RS探頭，研究人員就(j些子iù)能(néng)夠使用光學(xué)顯微鏡在界面(還店miàn)上“看到(dào)”損傷部位。

NIST研究團隊正計劃擴大他們的研究，以探索如何將(jiāng)這(z可腦hè)種(zhǒng)探針用于其他種(zhǒng)類的複合材料。東也他們還(hái)想使用這(zhè)會業種(zhǒng)傳感器來增強複合材料承受極端寒冷和炎熱的能雜答(néng)力，同時(shí)具備可以長(cháng)時(問區shí)間暴露于水的能(néng)力，特别是用于建造更具彈性的基礎設施場山部件，例如橋梁和風力渦輪機的巨型葉片。

研究團隊計劃繼續尋找更多途徑，以改進(jìn)現有複合材料的标準，很關并為未來複合材料創建新标準，以确保要可這(zhè)些材料的安全、堅固和可靠性。兒近Gilman說(shuō)：“我們現在有一個損傷傳感器，能(你資néng)夠幫助優化具有不同用途的複合材料。如果你嘗試改進(jìn是門)複合材料的設計，通過(guò)這(zhè)個損傷傳感器你可以判斷你所理南做的更改是增強了複合材料的界面(路為miàn)，還(hái)是削弱了它。”