Un nuevo material luminoso puede ser la solución al deterioro de las infraestructuras

La Universidad de Tohoku ha desarrollado un nuevo material que registra y almacena el historial de tensiones de las estructuras mediante un efecto luminoso, proporcionando una solución innovadora para monitorear infraestructuras antiguas sin necesidad de energía ni equipos complejos.

Identificar la infraestructura deteriorada puede ser tan difícil como repararla. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Tohoku han logrado facilitar este proceso mediante el desarrollo de un material nuevo e innovador.

El material responde a estímulos mecánicos registrando su historial de estrés a través de un efecto luminoso llamado resplandor. Esta información se almacena durante mucho tiempo y, al aplicar el material a las superficies de las estructuras, los investigadores pueden observar cambios en el resplandor para determinar a cuánta tensión ha estado expuesto el material.

«Lo que hace que nuestro material sea verdaderamente innovador es que funciona sin fuente de alimentación, equipos complejos o monitoreo in situ y puede integrarse fácilmente con la tecnología IoT», señala Zhao Nanshu, profesor de la Universidad de Tohoku y coautor del estudio.

En Japón, el envejecimiento de la infraestructura se ha convertido en un problema importante, lo que ha llevado a una mayor demanda de nuevas tecnologías de diagnóstico que prevengan accidentes y/o extiendan la vida útil de las estructuras.

Materiales y desafíos mecánicos luminosos.

Los materiales fotomecánicos exhiben luminiscencia cuando se estimulan mecánicamente, y se han desarrollado técnicas como la detección de grietas y la visualización de tensiones aplicando este material a la superficie de las estructuras. Pero la luminiscencia sólo se puede observar en el momento de la estimulación mecánica y no se puede recuperar información sobre estímulos mecánicos previos.

Los investigadores han explorado diferentes materiales capaces de registrar la historia de cargas mecánicas pasadas. Estos materiales suelen combinar materiales luminiscentes bajo tensión con materiales fotosensibles, creando un sistema en el que el material emite luz en respuesta a la tensión mecánica, y esta luz puede conservarse y analizarse posteriormente para reconstruir su historial de tensión. Sin embargo, estos materiales enfrentan varios desafíos: estructuras de capas complejas, interacciones oscuras y rendimiento de grabación a largo plazo. Además, si bien algunos fluoróforos revelan un historial de carga previo cuando se exponen al calor, su aplicación se ha limitado a materiales capaces de soportar altas temperaturas.

Haga un gran avance con LNNO

Xu y sus colegas descubrieron una forma sencilla y respetuosa con el medio ambiente de registrar el estrés utilizando litio dopado con propileno._0,12 a nosotros_0,88 óxido nítrico₃ (LNNO). Este LNNO tenía una función de registro mecánico, lo que significaba que podía recuperar eventos de estrés anteriores.

Para recuperar información de tensión previa, se aplica LNNO como un recubrimiento a la superficie del objeto y luego se irradia con una linterna. El resplandor producido por el LNNO se puede medir mediante cámaras o sensores de luz. El estudio demostró que la imagen del resplandor coincide cuantitativamente con los resultados obtenidos mediante el análisis del método de elementos finitos. Además, la investigación confirmó que LNNO conserva esta información de estrés incluso después de un período de cinco meses.

«Se espera que nuestros hallazgos alivien la escasez de mano de obra en el diagnóstico estructural y reduzcan los costos», añade Xu.

Referencia: “Registro directo y lectura de la fuerza mecánica mediante evaluación posterior al brillo de un material mecánico multipiezoóptico Li0.12Na0.88NbO3 en un límite de fase morfotrópico bien diseñado” por
Tomoki Uchiyama, Taisei Atsumi, Koki Otonari, Yuki Fujio, Shu-Guang Cheng y Zhao-Nan Shu, 25 de abril de 2024. Letras de Física Aplicada.
DOI: 10.1063/5.0209065

El profesor asociado de la Universidad de Tohoku, Tomoki Uchiyama, también participó en el estudio, junto con los estudiantes universitarios Taisei Atsumi y Koki Otonari, Yuki Fujio del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada y Xu Guangzheng de la Universidad de Saga y la Universidad de Tohoku.