비즈니스 기회
발광을 통해 기계적 응력을 기록하는 신소재
무너져가는 인프라를 식별하는 것은 때때로 이를 바로잡는 것만큼 어렵습니다. 그러나 이 과정은 도호쿠 대학 연구원들이 개발한 혁신적인 신소재 덕분에 더 쉬워졌습니다. 연구 결과는 2024년 4월 25일 학술지 '응용물리학회보(Applied Physics Letters)'에 게재됐습니다.
이 물질은 잔광이라고 하는 발광 효과를 통해 응력 이력을 기록하여 기계적 자극에 반응합니다. 이 정보는 오랫동안 저장되며, 연구원들은 구조물 표면에 재료를 적용함으로써 잔광의 변화를 관찰하여 재료가 받은 응력의 양을 결정할 수 있습니다.
"우리 소재를 진정으로 혁신적으로 만드는 것은 전원 공급 장치, 복잡한 장비 또는 현장 관찰 없이 작동하고 IoT 기술과 쉽게 결합된다는 것입니다"라고 Tohoku University 교수이자 연구의 교신 저자인 Chao-Nan Xu는 지적합니다.
일본에서는 노후화된 인프라가 심각한 문제가 되어 사고를 예방하고 구조물의 수명을 연장하는 새로운 진단 기술에 대한 수요가 증가하고 있습니다.
기계발광 물질은 기계적으로 자극을 받으면 발광을 나타내며, 이 물질을 구조물 표면에 적용하여 균열 감지 및 응력 시각화와 같은 기술이 개발되었습니다. 그러나 발광은 기계적 자극의 순간에만 관찰할 수 있으며 과거의 기계적 자극에 대한 정보는 검색할 수 없습니다.
연구원들은 과거의 기계적 하중 이력을 기록할 수 있는 다양한 재료를 탐구했습니다. 이러한 재료는 일반적으로 응력 발광 재료와 감광성 재료를 결합하여 재료가 기계적 응력에 반응하여 빛을 방출하는 시스템을 만들고 이 빛을 보존하고 나중에 분석하여 응력 이력을 재구성할 수 있습니다.
그러나 이러한 재료는 복잡한 적층 구조, 어두운 반응 및 장기간의 녹음 성능과 같은 몇 가지 문제에 직면해 있습니다. 또한 특정 형광단은 열에 노출되었을 때 과거의 하중 이력을 나타내지만 응용 분야는 고온을 견딜 수 있는 재료로 제한되었습니다.
Xu와 그녀의 동료들은 Pr-doped Li를 사용하여 스트레스를 기록하는 간단하고 환경 친화적인 방법을 발견했습니다. Li0.12Na0.88NbO3(LNNO)입니다. 이 LNNO에는 기계적 기록 기능이 있어 과거의 응력 이벤트도 검색할 수 있습니다.
과거 응력 정보를 검색하기 위해 LNNO를 물체 표면에 코팅한 다음 손전등으로 조사합니다. LNNO에서 발생하는 잔광은 카메라나 광센서를 사용하여 측정할 수 있습니다.
이 연구는 잔광 이미지가 유한 요소법 분석을 통해 얻은 결과와 정량적으로 일치한다는 것을 보여주었습니다. 또한 이 연구는 LNNO가 5개월 후에도 이 스트레스 정보를 유지한다는 것을 확인했습니다.
"우리의 발견은 구조 진단에 있는 인력의 부족을 완화하고, 비용을 더 낮출 것으로 기대됩니다"라고 Xu는 덧붙입니다.
이상의 기사는 2024년 6월 6일 Phys.org에 게재된 “New material records mechanical stress through luminescence”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : New material records mechanical stress through luminescence (phys.org)
* 추가정보 출처 : Direct recording and reading of mechanical force by afterglow evaluation of multi-piezo mechanoluminescent material Li0.12Na0.88NbO3 on well-designed morphotropic phase boundary | Applied Physics Letters | AIP Publishing