Materiais transparentes se tornaram um componente essencial em uma ampla variedade de aplicações tecnológicas, variando de eletrônicos do dia a dia, como tablets e smartphones, até usos mais sofisticados em painéis solares, Medicina, e óptica. Assim como qualquer outro produto a ser produzido em massa, o controle de qualidade é importante para esses materiais, e várias técnicas foram desenvolvidas para detectar arranhões microscópicos ou imperfeições.

Uma abordagem atraente para a verificação de danos em materiais é o uso de "ondas de Lamb". Nomeado após o matemático britânico Sir Horace Lamb, são ondas elásticas geradas em placas sólidas após uma excitação mecânica apropriada. Como a propagação das ondas Lamb é afetada por danos na superfície (como arranhões), eles podem ser aproveitados para garantir que o material digitalizado esteja livre de imperfeições. Infelizmente, a geração e medição subsequente de ondas Lamb em materiais transparentes não são diretas.

Embora existam técnicas baseadas em laser para gerar ondas de Lamb sem contato, os parâmetros do laser precisam ser calibrados cuidadosamente para cada material para evitar causar danos. Além disso, as abordagens existentes não geram ondas Lamb de amplitude suficiente; Como tal, medições repetidas devem ser realizadas e calculadas para obter dados confiáveis, o que é demorado. Quanto à medição das ondas Lamb geradas, nenhuma técnica existente pode detectar e usá-los rapidamente para procurar danos em escala submilimétrica em superfícies transparentes.

Para resolver esses problemas, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Naoki Hosoya do Shibaura Institute of Technology e Takashi Onuma da Photron Limited, Japão, desenvolveu uma nova estrutura para a geração e detecção do "modo S0" (modo simétrico de ordem zero) ondas Lamb em materiais transparentes. Sua abordagem é apresentada em um artigo publicado recentemente online na revista. Óptica e Lasers em Engenharia .

Primeiro, a equipe teve que encontrar uma técnica conveniente para gerar ondas Lamb sem danificar a amostra. Para este fim, eles alavancaram uma abordagem que haviam usado com sucesso em outros empreendimentos para gerar oscilações mecânicas sem contato:ondas de choque de plasma induzidas por laser (LIP). Para simplificar, O LIP pode ser gerado focalizando um feixe de laser de alta energia em um pequeno volume de gás. A energia do laser energiza as moléculas de gás e faz com que se ionizem, criando uma "bolha de plasma" instável perto da superfície do material. "A bolha de plasma se expande para seus arredores em velocidades superaltas, gerar uma onda de choque que é usada como força de excitação para produzir ondas de Lamb na estrutura alvo, "explica o Prof. Hosoya.

Próximo, os pesquisadores precisavam medir as ondas geradas. Eles conseguiram isso usando uma câmera de polarização de alta velocidade, que, como o nome implica, pode capturar a polarização da luz viajando através da amostra transparente. Esta polarização contém informações diretamente relacionadas à distribuição de tensão mecânica do material, que por sua vez reflete a propagação das ondas Lamb.

Para colocar sua estratégia à prova, a equipe criou arranhões microscópicos em alguns planos, placas de policarbonato transparentes e comparou a propagação das ondas Lamb em amostras danificadas e intocadas. Como esperado, os arranhões causaram diferenças perceptíveis na distribuição de tensões das placas conforme as ondas se propagavam sobre as áreas danificadas, demonstrando o potencial desta nova abordagem pela detecção de arranhões medindo apenas várias dezenas de micrômetros.

Embora as descobertas sejam empolgantes, mais estudos são necessários para obter uma compreensão mais aprofundada de sua estratégia e seus limites. Prof. Hosoya diz, "Os efeitos do tamanho ou tipo do dano, a ampliação da lente da câmera, e as propriedades da amostra transparente no limite de tamanho de defeito detectável de nosso método precisam ser verificadas como parte de trabalhos futuros. "

Esperançosamente, este engenhoso sem contato, O esquema de detecção de danos não destrutivos ajudará a reduzir os custos de produção de materiais transparentes de alta qualidade.