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纳米传感器可以对在地震中易倒塌的建筑物发出警报

科学家提出,可以把廉价的纳米传感器嵌入到建筑物中,从而对那些让它们对地震更脆弱的缺陷发出早期预警。

科学家向混凝土块和梁嵌入了两种类型的纳米传感器——微机电系统(MEMS)和碳纳米管传感器——然后他们在不同的环境与载荷条件下测试了它们。

MEMS器件监测内部温湿度,而纳米管探测混凝土内部形成的裂纹。来自这些传感器的数据然后无线传输到了与笔记本电脑连接的接收器上。

来自美国大学和突尼斯国立应用科学研究所的科学家发现,他们可以追踪混凝土内部结冰和溶化的延伸效应。

“这些传感器可以帮助发展中国家让桥梁、水利系统和道路保持良好的形状,”该研究的第一作者、美国北达科达州立大学的Mohamed Saafi说。该研究发表在了《国际材料与结构完整性杂志》上。

“与光纤、声发射传感器或传统的检测手段相比,这些传感器的成本非常低。”

他估计,在这些传感器的开发经过了可行性阶段之后,它们的成本是5-10美元。

“建筑行业的问题之一是,一旦结构建设完成,就几乎没有评估建筑完整性的方法。”一位著名的地震学家评论说。

“试图获得最大利润的承包商和建筑者可能把不良的混凝土框架藏在一层塑料或油漆后面。”

 “有能力监测建筑完整性、材料强度以及对风和振动载荷的响应的嵌入式传感器可能用于提醒承包商,可以现场检查他们的建筑方法。”

他还说:“纳米传感器的成本相对于建筑成本微不足道。”

美国德克萨斯大学奥斯汀分校的电子与计算机工程教授Dean Neikirk在过去的10年中一直在研究纳米传感器,他说:“我认为发展中国家的重要问题是原始建筑应该符合建筑法规的标准,关键是包括结构中使用的原始混凝土的质量,而不是担心监测结构完成之后的损伤的附加成本。”

他还说:“经过了正确的设计和施工后,许多混凝土结构确实很难破坏,而且当破坏发生的时候,你也不需要纳米传感器去观察它。”

链接到《国际材料与结构完整性杂志》的论文摘要

References

International Journal of Materials and Structural Integrity doi: 10.1504/IJMSI.2010.032494 (2010)