小小紗線“變身”材料體檢利器

　　看似不起眼的小小紗線，竟能“變身”靈敏的材料體檢利器。通過它可以實時、無損檢測出不同材料的損傷情況，讓過去復雜耗時的大型復合材料檢測手段，變得輕松又精準。

　　這個創(chuàng)意來自天津工業(yè)大學紡織科學與工程學院的一支本科生科研團隊。這些年輕人長期關注先進紡織復合材料的開發(fā)與運用，先后在第十三屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽、第八屆中國國際“互聯(lián)網＋”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲得優(yōu)異成績。

　　團隊負責人岳佳寧說，比起獲獎，更希望把所學知識應用工程實踐中，解決復合材料市場檢測的痛點問題，真正“把論文寫在祖國大地上”。

　　上大學后，學習紡織工程專業(yè)的她，對紡織復合材料的研究產生了濃厚的興趣。一次在查找資料時，她了解到天津工業(yè)大學紡織科學與工程學院副教授吳利偉研究課題中，有關如何無損檢測預制體受損情況技術的研究，于是找到老師主動參與課題組的相關研究中。

　　吳利偉告訴記者，紡織工程不是人們印象中只能“做衣服”的專業(yè)，紡織復合材料強度大、剛度強、重量低，如今應用非常廣泛。大到衛(wèi)星天線，小到人造血管；從上天入地的大裝備，到人們日常穿戴的衣物，很多都與紡織技術和復合材料密切相關。

　　此前，他與天津工業(yè)大學復合材料研究院研究員、博士生導師姜茜共同牽頭的結構與功能紡織復合材料課題組，與澳大利亞弗林德斯大學合作開發(fā)出了一種可紗線化的聚集誘導發(fā)光材料，可實現(xiàn)對有害氣體、微小損傷的實時傳感和檢測，成本低、靈敏度高、可實時檢測。

　　跟著指導老師深入企業(yè)一線調研后，岳佳寧了解到，目前復合材料發(fā)展很快，但對復合材料結構件的無損檢測手段卻不多。一般來說，行業(yè)內都是采用CT檢測、超聲檢測等方法，這些方法面臨著成本高、耗時長且難以原位檢測等困難。

　　她大膽設想，能不能基于上述研究，嘗試設計一種紗線化的柔性傳感器，用于大型復合材料構件的無損檢測，讓各種材料損傷在還未產生嚴重事故之前就提前發(fā)出預警，保證其長期安全運行呢？

　　在老師們的支持下，她和學生團隊經過幾年探索，采用一種新興的納米材料制備技術，制備出一種特殊的柔性紗線傳感器。

　　岳佳寧給這個復合材料無損檢測的創(chuàng)新項目起名“微熒速檢”。

　　“在技術水平上，這屬于較為先進的柔性電子技術應用之一，可以運用于大多數(shù)復合材料的原位無損檢測。”吳利偉說。

　　熒光測圖法讓這種柔性傳感器發(fā)揮出它的特性，通過熒光照射可以將肉眼不可見的應力載荷信息進行可視化處理。也就是說，有了柔性紗線傳感器后，材料在承受不同力度、濕度等情況下，會分別顯示出不同顏色。

　　檢測人員手持手機等終端設備，通過拍照就可以實時直觀獲取結構件在承載過程中的載荷變化，快速得出材料的“體檢報告”，無須大型檢測設備，省時、省力、省錢。

　　岳佳寧說，這種柔性壓力傳感器的紗線狀形態(tài)，不僅能以增強體的形式融入工程材料預制體中，還可以實現(xiàn)工程材料在毫米尺度上的應力應變分布，以及損傷裂紋擴展的實時監(jiān)控，也可以預計出材料的使用壽命，“與傳統(tǒng)傳感器相比，這種方式成本低，可以在材料整個生命周期持續(xù)監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)問題，還可以在不中斷服務的同時，實施保護性維修。”

　　姜茜說，近年來，天津工業(yè)大學結構與功能紡織復合材料團隊，圍繞紡織結構復合材料結構功能一體化設計制備技術，形成了一套研究思路，“特別注重基礎研究與人才培養(yǎng)相結合，技術創(chuàng)新與產業(yè)發(fā)展相融合，不斷加強紡織結構復合材料研究成果轉化及前沿探索，致力于解決關鍵技術難題。”

　　團隊深耕先進紡織復合材料的研發(fā)及制備，持續(xù)增強對先進紡織復合材料的理論和實踐研究深度，與中國直升機研究所、中國運載火箭技術研究院、國防科技大學、西北工業(yè)大學、北京航空航天大學等單位共同開展技術攻關和產學研轉化。

　　師生共同設計開發(fā)的多向編織復合材料，成功應用于天津市科技重大專項“天津號”純太陽能電動車，全碳纖維復合材料作為主承力部件，比鋁合金減重30%以上，在天津市科學技術獎勵大會亮相，獲得廣泛關注。

　　團隊開發(fā)的耐高溫熱密封件，實現(xiàn)了飛行器零部件的低成本國產化，獲2023年度中國紡織工業(yè)聯(lián)合會專利金獎。獨創(chuàng)性的紡織結構超材料已發(fā)表高水平論文14篇，正在進行科技成果轉化。

　　紡織新材料的快速發(fā)展，也推動著產業(yè)體系的重構與升級，吳利偉認為，每年一批又一批充滿創(chuàng)新精神的本科生、碩士生參與到新興領域的課題研究中來，“他們正是推動中國制造前行的青春動能。”

　　（來源：中國青年報客戶端）