Si nunca ha tenido el plomero en su casa, ha tenido suerte. Las tuberías pueden explotar debido a un evento catastrófico, como temperaturas bajo cero, o el tiempo y el uso pueden pasar factura, desgastando los materiales con pequeños golpesy abolladuras que no son evidentes hasta que es demasiado tarde.
¿Pero qué pasaría si hubiera una manera de identificar esas pequeñas fallas, a menudo microscópicas, antes de que tuviera que pedir ayuda?
El Grupo de Sistemas de Materiales Autónomos AMS del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas ha encontrado recientemente una nueva forma de identificar daños microscópicos en polímeros y materiales compuestos antes de que ocurra una falla total.
"La indicación autónoma de pequeñas grietas tiene un potencial emocionante para hacer que las estructuras sean más seguras y confiables al dar tiempo para intervenir y reparar o reemplazar la región dañada antes de una falla catastrófica", dijo Nancy Sottos, profesora de ciencia e ingeniería de materiales, y una deLos autores de "Una estrategia sólida de notificación de daños para materiales poliméricos habilitados por la emisión inducida por la agresión", publicado recientemente en Ciencia Central de ACS . El documento es parte de un proyecto de investigación seleccionado como finalista para los Premios Globales 2016 del Instituto de Ingenieros Químicos IChemE.
Los investigadores secuestraron fluidos que contenían indicadores de fluorescencia de encendido en microcápsulas, y luego los incorporaron a materiales poliméricos.
"Hemos desarrollado microcápsulas que son incoloras y no fluorescentes cuando están intactas", dijo Maxwell Robb, Beckman Institute Postdoctoral Fellow y autor principal del artículo. "Podemos incrustarlas en los materiales y, cuando se produce daño, las microcápsulasliberará su carga útil y se volverá fluorescente, lo que indica que se necesita reparación ".
El trabajo previo dirigido por Wenle Li, investigador asociado postdoctoral y coautor del estudio, había investigado otro tipo de indicador dentro de las microcápsulas, que sufrió una reacción química al momento de la liberación para producir un cambio de color. Sin embargo, la naturaleza de lala reacción química limitó el sistema a una gama limitada de materiales.
El nuevo método utiliza un tipo de fluorescencia llamada emisión inducida por agregación AIE, que se vuelve más brillante a medida que el indicador se solidifica de la solución y es visible bajo la luz ultravioleta UV. El mecanismo único de indicación, que se basa en un cambio físicode estado en lugar de una reacción química, permite un excelente rendimiento en una amplia variedad de materiales y para visualizar diferentes tipos de daños.
"La elegancia de este sistema radica en su versatilidad así como en su sensibilidad", dijo Li. "Podemos visualizar fácilmente una señal de fluorescencia resultante de daños mecánicos tan pequeños como dos micras".
La investigación está financiada por BP, que está interesada en revestir tuberías de petróleo y gas con un revestimiento de polímero que pueda indicar daños. El objetivo es detectar daños en su etapa más temprana para evitar un mayor deterioro, mejorar la seguridad y la confiabilidad,y reducir los costos del ciclo de vida asociados con el mantenimiento y la inspección regulares.
Utilizando instrumentos en la Suite de Microscopía de Beckman, el grupo pudo estudiar las microcápsulas y los recubrimientos de varios materiales, crear imágenes y correlacionar las señales de fluorescencia con las estructuras 3D de los recubrimientos dañados.
"Este es un trabajo increíblemente interdisciplinario", dijo Robb. "Tener el conocimiento sobre el efecto de emisión inducida por la agregación y poder diseñar la química del sistema de microcápsulas fue el punto de partida. Luego está la aplicación real de esta tecnología enmateriales y recubrimientos, que se basa en gran medida en la experiencia dentro de la ciencia e ingeniería de materiales ".
El Grupo AMS incluye a Sottos, Jeffrey Moore, profesor de química, y Scott White, profesor de ingeniería aeroespacial, que también fue coautor del estudio. Su trabajo ha llevado a nuevos descubrimientos en materiales de autodetección y autocuración.
"Para impactar en la industria de los recubrimientos, los materiales con capacidad de autoinforme deben cumplir con algunos criterios: deben ser simples, no cambiar la forma en que los materiales se aplican tradicionalmente, y funcionar igual de bien", dijo Moore. "Nuestro enfoque impactaeste objetivo: la nueva función de autoinforme se realiza mediante un simple aditivo ".
Los siguientes pasos para esta investigación son combinar la indicación de daños con materiales de autocuración.
"Si pudieras acoplar esta tecnología que te permite saber que se ha producido un daño con un material de autocuración que te indica cuándo se ha curado el daño, podría ser realmente poderoso", dijo Robb.
"Hemos desarrollado sistemas de indicación de fluorescencia de encendido y cambio de color. Nuestra visión es combinar estas estrategias multicanal para permitir materiales que controlen su integridad mecánica durante todo el ciclo de vida del polímero", dijo Li.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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