Diagnostic de santé structurelle combiné à la technologie IoT. Crédit : Tomoki Uchiyama, Chao-Nan Xu et al.
Identifier une infrastructure en ruine est parfois aussi difficile que la réparer. Pourtant, ce processus a été facilité grâce à un nouveau matériau innovant développé par des chercheurs de l’Université du Tohoku. Les détails des résultats ont été publiés dans la revue Lettres de physique appliquée le 25 avril 2024.
Le matériau répond aux stimuli mécaniques en enregistrant l’historique des contraintes grâce à un effet luminescent appelé rémanence. Ces informations sont stockées pendant une longue période et, en appliquant le matériau sur les surfaces des structures, les chercheurs peuvent observer des changements dans la rémanence afin de déterminer l'ampleur des contraintes subies par le matériau.
“Ce qui rend notre matériau véritablement innovant, c'est qu'il fonctionne sans alimentation électrique, sans équipement complexe ou sans observation sur site et qu'il se combine facilement avec la technologie IoT”, souligne Chao-Nan Xu, professeur à l'université de Tohoku et auteur correspondant de l'étude.
Au Japon, le vieillissement des infrastructures est devenu un problème important, entraînant une demande accrue de nouvelles technologies de diagnostic permettant de prévenir les accidents et/ou de prolonger la durée de vie des structures.
Les matériaux mécanoluminescents présentent une luminescence lorsqu'ils sont stimulés mécaniquement, et des technologies telles que la détection des fissures et la visualisation des contraintes ont été développées en appliquant ce matériau à la surface des structures. Mais la luminescence ne peut être observée qu’au moment de la stimulation mécanique, et les informations sur les stimuli mécaniques passés ne peuvent pas être récupérées.
Cette étude représente la fonction d'enregistrement de contrainte (MR) du matériau mécanoluminescent multi-piézo Li0,12N / A0,88NbO3 à travers la rémanence pour la première fois. Contrairement aux matériaux ML traditionnels qui permettent uniquement de mesurer en temps réel des informations mécaniques, la nouvelle capacité MR devrait être très précieuse pour capturer la distribution historique des contraintes. Crédit : Tomoki Uchiyama, Chao-Nan Xu et al.
Les chercheurs ont exploré divers matériaux capables d’enregistrer les historiques de chargements mécaniques passés. Ces matériaux combinent généralement des matériaux luminescents sous contrainte avec des matériaux photosensibles, créant ainsi un système dans lequel le matériau émet de la lumière en réponse à une contrainte mécanique, et cette lumière peut être préservée et analysée ultérieurement pour reconstruire l'historique des contraintes.
Cependant, ces matériaux sont confrontés à plusieurs défis : des structures de stratification complexes, des réactions sombres et des performances d'enregistrement à long terme. De plus, même si certains fluorophores révèlent un historique de chargement lorsqu'ils sont soumis à la chaleur, leur application a été limitée aux matériaux capables de résister à des températures élevées.
Xu et ses collègues ont découvert une méthode simple et respectueuse de l'environnement pour enregistrer le stress en utilisant du Li dopé au Pr0,12N / A0,88NbO3 (LNNO). Ce LNNO disposait d’une fonctionnalité d’enregistrement mécanique, ce qui signifie qu’il pouvait même récupérer des événements de stress passés.
Pour récupérer des informations sur les contraintes passées, le LNNO est appliqué sous forme de revêtement sur la surface d'un objet, puis irradié avec une lampe de poche. La rémanence produite par le LNNO peut être mesurée à l’aide de caméras ou de capteurs de lumière.
L’étude a démontré que l’image rémanente correspond quantitativement aux résultats obtenus par la méthode d’analyse par éléments finis. De plus, la recherche a confirmé que le LNNO conserve ces informations sur le stress même après une période de cinq mois.
“Nos résultats devraient atténuer la pénurie de main-d'œuvre dans le diagnostic structurel et réduire les coûts”, ajoute Xu.
Plus d'information:
Tomoki Uchiyama et al, Enregistrement et lecture directs de la force mécanique par évaluation de rémanence d'un matériau mécanoluminescent multi-piézo Li0,12N / A0,88NbO3 sur une limite de phase morphotrope bien conçue, Lettres de physique appliquée (2024). DOI : 10.1063/5.0209065
Fourni par l'Université du Tohoku
Citation: Un nouveau matériau enregistre les contraintes mécaniques par luminescence (6 juin 2024) récupéré le 6 juin 2024 sur
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