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理大納米傳感器 實時測裂痕

2017-07-06
■蘇眾慶展示新型傳感器。 香港文匯報記者黎忞  攝■蘇眾慶展示新型傳感器。 香港文匯報記者黎忞 攝

火車飛機出事即知 又輕又平正申美專利

香港文匯報訊(記者 黎忞)鐵路和航空等交通運輸系統,承載着乘客的生命安全,定期檢測其結構健康狀況尤為重要。理工大學機械工程研究團隊,研發出嶄新納米複合材料傳感器,可直接噴塗於平坦或彎曲的工程結構上,也可印刷成多個薄片狀單元,進一步構成傳感器網絡,為受監測的結構提供實時健康訊息,能有效檢測移動結構如火車、飛機等有否損耗或裂痕。比起傳統超聲波傳感器,有關發明重量只有百分之一,價格更可低至千分之一。校方正申請美國專利,期望可盡快在交通工具上使用。

現時用於原位監測的傳統超聲波傳感器,例如由鋯鈦酸鉛(PZT)製成的壓電類型傳感器,因成本及重量所限,可使用的數量不多;加上一般的硬傳感器,不能扭曲或使用在彎曲的表面上,亦會增加結構的重量和體積。

可製網絡電路 測1毫米裂縫

理大機械工程學系教授蘇眾慶及周利民領導的研究團隊,以5年多時間研發的納米複合材料傳感器,由碳黑、二維石墨稀及聚偏二氟乙稀混合而成,並可採用噴塗的方式製成傳感器;或是利用絲網印刷,令納米複合材料沉積在聚酰亞胺基體上,成為可彎曲的薄片狀傳感單元,亦可打印多個傳感單元,製作成傳感器網絡電路。

納米複合傳感器同樣可量度超聲波,響應頻率由靜止至900千赫茲,比現有納米傳感器的響應頻率高出400多倍。

新技術能採集散射波,從而檢測大部分工程物料中微細到1毫米至2毫米的裂縫。

傳統超聲波傳感器成本較昂貴,一般由十多美元至數百美元不等,其重量亦有數克;該新研發的傳感器製造成本只需要0.5美元,重量只有0.04克,使用方式更廣。

針對同一個結構來說,可同時以更多數量傳感器,獲得更豐富的訊息作分析,又不會給結構帶來太大負擔。

冀用於交通工具航天技術

蘇眾慶表示,上述技術可應用在移動結構如火車及飛機上,而團隊正與一鐵路公司、一所飛機製造公司,以及中國空間技術研究院洽談合作,估計仍需時研究及測試,期望可盡快應用在交通工具及航天技術上。

上述研究共獲得研資局及創新科技署多年來超過200萬港元的資助,而相關成果亦已發表在《Ultrasonics》、《Carbon》及《Smart Materials and Structures》期刊上,並正申請兩項美國專利。

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