Uma equipe do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) desenvolveu uma ferramenta para monitorar mudanças em materiais compostos amplamente usados, conhecidos como polímeros reforçados com fibra (FRPs), que pode ser encontrada em tudo, desde aeroespacial e infraestrutura até turbinas eólicas. A nova ferramenta, integrado a esses materiais, pode ajudar a medir os danos que ocorrem à medida que envelhecem.

"Isso nos dá a capacidade de desenvolver melhor, compósitos mais resistentes à fadiga, "disse o químico do NIST Jeff Gilman." Podemos ver quando a fibra começa a quebrar. Agora temos uma maneira de quantificar os danos. "

Desde 1960, os cientistas têm experimentado maneiras de tornar os FRPs mais leves e fortes. Isso geralmente significa testar a ligação entre a fibra e a resina. Conforme relatado em uma publicação anterior, a equipe do NIST adicionou pequenas moléculas que fluorescem após o impacto da força mecânica. Essas moléculas, chamado de "mecanóforos, "mudar de cor ou acender, ajudando a identificar pequenas aberturas ou rachaduras do tamanho de um nanômetro entre a fibra e a resina.

A equipe do NIST levou essa tecnologia para o próximo nível, incorporando o mecanóforo em toda a resina composta. Embora não seja perceptível a olho nu, a abordagem mais recente permite que os cientistas usem técnicas especiais de imagem de microscopia para medir os danos do FRP. A abordagem incorpora uma quantidade mínima (menos de 0,1% da massa) de um corante fluorescente chamado rodamina, que não causa alterações apreciáveis ​​nas propriedades físicas do material.

Se o novo mecanóforo estiver embutido em estruturas feitas de FRP, o teste de campo para fadiga pode ser feito de forma barata e regular. Estruturas como turbinas eólicas podem frequentemente ser examinadas facilmente em busca de rachaduras internas, mesmo anos depois de terem sido erguidos.

O trabalho inicial com esta nova ferramenta também revelou uma surpresa sobre os danos do FRP. Quando uma fibra quebra, ele envia uma espécie de "onda de choque" que se move por todo o material, explicou Jeremiah Woodcock, o principal autor de um novo artigo sobre o mecanóforo publicado na Composites Science and Technology. No passado, acreditava-se que a maior parte dos danos estava acontecendo no ponto de quebra.

"Achamos que, quando olhamos os resultados, haveria um halo de luz em torno da fenda, mostrando a fluorescência do mecanóforo, "Woodcock disse. Em vez disso, eles descobriram que o dano ocorre em locais muito distantes do ponto de fratura da fibra. "É como se soubéssemos do terremoto, mas não soubéssemos do tsunami que se seguiu a ele."

A pesquisa do mecanóforo do NIST também descobriu que os testes existentes estavam danificando involuntariamente a resistência do material. Este tem, por sua vez, levou designers e engenheiros a overdesign FRPs. Usar o mecanóforo poderia, Portanto, reduzir os custos de energia e fabricação e aumentar as maneiras como esses materiais são usados ​​na indústria.

Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.