采用特殊的材料和方法制作而成(務為chéng)的絲綢傳感器，在民用、航空和基礎設施建設所用複合材料的工舊設計研究方面(miàn)將(jiā分和ng)會(huì)起(qǐ)到(dào)很大的推動作用，又金并且極有可能(néng)為未來複合材料的檢商機測提出新的标準。那麼(me)所謂的絲綢傳感器是離雜怎麼(me)制作和應用的呢？

消費者想要節能(néng)高效的車輛和高性能(néng)運動産品，市民想要樹好有抗風化的橋梁，制造商想要用更有效的方式來制造可靠的汽車和飛機。人們需愛哥要的是即使長(cháng)期暴露在環境壓力下，也不會(湖紅huì)發(fā)生破裂的新型輕質、節能(néng)的複合材料區算。

為了實現這(zhè)一需求，美國(guó)國(gu務章ó)家标準與技術研究所（NIST）的研究人員研究出了一種(zhǒng)新技術討拿，能(néng)夠將(jiāng)納米尺度的損傷傳感探頭嵌入由環氧樹脂和絲慢理綢制成(chéng)的輕質複合光那材料中。号稱機械響應性聚合物的探針，可以加速産品測試過(guò)程，得匠并盡可能(néng)地減少開(kāi)發(fā)多種(zhǒng)新型複合材什水料所要花費的時(shí)間和材料。

黑光下用絲綢實驗探測複合材料中損傷的實例

注：（左）家蠶蛹的普通蠶絲蛋白快務。觀察到(dào)的熒光是由存在于纖維蛋白質結如微構中的分子的作用産生的。（中）機械響應性聚合物标記的絲綢纖維受損傷或應激而發(鐵錯fā)出熒光。（右）沒(méi)有機械響應性的聚煙說合物對(duì)照試樣(yàng)。

NIST團隊使用被(bèi)稱為若丹小子明内酰胺（rhodamine spirolac光著tam，RS）的染料制作了這(zh些來è)種(zhǒng)探針，該染料在受到(dào)數白外加力時(shí)會(huì)發(fā)出熒光現但。在該實驗中，分子附著(zhe)在環氧基複合材料所含的絲綢纖維上。随著光是(zhe)越來越多的力被(bèi)施加到(dà問司o)複合材料上，這(zhè)些應力應變激活了RS，使其在受激光激發(fā都愛)時(shí)發(fā)出熒光。雖然肉眼看不到(dào)這(zhè門制)種(zhǒng)變化，但采用由NIST構建和設計的紅色快科激光和顯微鏡可以拍攝到(dào)複合材讀朋料内部的照片，甚至能(néng)夠顯示其内來機部最微小的斷裂和裂縫，并檢測到(dào)纖維斷裂的位置。這(z舊可hè)一成(chéng)果被(bèi)發(月分fā)布在了Advance Materials In西大terfaces雜志上。

複合材料設計中使用的材料是多種紙這(zhǒng)多樣(yàng)的。本質上，複合材料如厭志同螃蟹殼或象牙（骨）是由蛋白質和多糖一樣(yàng)構成(chéng)長村模式。而在這(zhè)項研究中，環氧樹脂與牛事子津大學(xué)Fritz Vollrath教授研究小組使舞自用家蠶蠶蛹編制出的絲綢長(cháng)絲相結合形成(ch冷吧éng)了一種(zhǒng)新的複合材南嗎料。

本研究中使用的纖維增強基聚合物複合材料結合了其主要組分最優現些異的性能(néng)——纖維的強度和河著聚合物的韌性。然而，所有複合材料具有的明器共同之處是各組分相接觸的部位都(dōu)有界面(miàn)存員森在，而該界面(miàn)的彈性對(duì)複合材料承爸內受損壞的能(néng)力至關重要。薄年醫而靈活的界面(miàn)通常被身書(bèi)設計者和制造商所青睐，但是，測量複樹開合材料中界面(miàn)的特性是生為非常具有挑戰性的。

帶領研究小組在NIST進(jìn)行相女鐘關工作的研究員Jeffrey Gilman說(sh分爸uō)：“目前在研究測量複合材料宏觀特性的方法上已讀外經(jīng)做了很多工作，但她工是在最近幾十年的時(shí)間裡(lǐ)，所要面(miàn)臨的挑戰是要确人電定在界面(miàn)内部發(fā)生了什麼(me)。”

目前已有的一種(zhǒng)方法是光學(xué)成(chéng)像，然而，新個用于光學(xué)成(chén章器g)像的常規方法僅能(néng)夠在小至200-400 長內nm的尺度上記錄圖像。但一些界面(m黑司iàn)的厚度隻有10至100 nm，使得這(zhè)項技術對(duì)亮長于複合材料中的相間成(chéng)像而言幾乎無效高開。而通過(guò)在界面(miàn)上安裝R報了S探頭，研究人員就(jiù)能(néng)夠使用光學(xué)樂年顯微鏡在界面(miàn)上“看到(dào)”損傷部位。

NIST研究團隊正計劃擴大他們的研究，以探索如何將(jiā的頻ng)這(zhè)種(zhǒng)探針用于其他種(zhǒng)類的複合務腦材料。他們還(hái)想使用這(zhè)種(zhǒng)傳感器來增強複合材料錢藍承受極端寒冷和炎熱的能(néng)力，同時(shí)具備可以長(的樂cháng)時(shí)間暴露于水的能(能哥néng)力，特别是用于建造更具彈性的基礎設施部件，例如橋梁和風力渦輪機的巨兵車型葉片。

研究團隊計劃繼續尋找更多途徑，以改進(j用不ìn)現有複合材料的标準，并為未來複合材料創建新标準，以确保這(草車zhè)些材料的安全、堅固和可靠性。Gilman說(shuō)：“我們現在有一外議個損傷傳感器，能(néng)夠幫助優化具有不同用途的複合材料。如果你嘗試改要我進(jìn)複合材料的設計，通過(guò)這(zhè)個損說能傷傳感器你可以判斷你所做的更改是增強了複合材料的界輛月面(miàn)，還(hái)是削弱了它。舞間”