（来源：中国航空报）

　　日本东北大学的研究人员研制出一种由碳纤维增强聚合物（CFRP）和压电材料组成的多功能复合材料，该材料利用振动来检测微小裂纹。

　　据研究团队称，这种新材料可用于航空航天、汽车和建筑行业，无需外部电源即可监测结构健康状况。这项技术已发表在《国际智能与纳米材料杂志》（International Journal of Smart and Nano Materials）上。

　　东北大学助理教授王振进（Zhenjin Wang）表示：“CFRP非常坚固轻便，它被用于飞机、风力涡轮机和其他大型结构。然而，当裂纹在内部扩展时，它可能会突然失效。及早发现这些裂纹非常困难，而且许多结构难以使用电池或有线传感器。因此，迫切需要一种自供电的传感解决方案。”

　　为了增强CFRP的功能，研究人员将一种由压电纳米颗粒组成的压电纳米复合材料掺入环氧树脂基体中，并使用无铅材料铌酸钾钠（KNN）代替传统的含铅陶瓷。

　　研究人员测试了这种复合材料的机械强度及其发电能力。在振动条件下，该材料可产生高达13.6V的开路电压。当在碳纤维增强复合材料和压电纳米复合材料层之间引入人工裂纹时，随着裂纹长度的增加，输出电压和谐振频率均会降低。

　　“我们的材料能够将振动转化为信息。裂纹的扩展可以反映在无线信号的时序中，这使得完全自主的结构监测成

　　为可能，从而有助于提升飞机和能源系统的安全性。”王振进说道。

　　基于此特性，该团队提出了一种将能量收集、传感和结构健康监测集成于单一材料系统中的新方法。借助压电元件，CFRP可以从振动中收集电能，并利用这些电能监测加速度和压力等关键参数，同时无需任何外部电源即可将数据无线传输至计算机。此外，通过分析接收到的无线信号时序的变化，还可以检测诸如分层之类的内部损伤。

　　王振进表示：“如今的检测需要传感器、电线和电源。而这种新型材料可以独立工作，降低成本、减轻重量、减少维护，并在电力供应有限的地方提高安全性。除了支持更安全的飞机和能源系统外，我们的研究还将有助于未来的智能材料研究，并推动无电池传感器技术的发展。”

　　研究人员目前正在探索如何将这种多功能复合材料应用于下一代自供电结构健康监测系统。 （逸文）