가시적 응력 모니터링 및 기록 응용을 위한 기계발광 기능을 갖춘 새로운 시멘트질 재료

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8388(2023) 이 기사 인용

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실시간의 정확한 시각적 응력 감지 개발은 건축 엔지니어링 분야에서 매우 중요합니다. 본 연구에서는 스마트 발광재료와 수지 기반 재료를 계층적으로 집합시켜 새로운 시멘트질 재료를 개발하기 위한 새로운 전략을 모색한다. 이러한 층상 구조를 갖는 시멘트질 재료는 본질적으로 응력을 가시광선으로 변환하여 응력 모니터링 및 기록을 시각화할 수 있습니다. 새로운 시멘트질 재료로 제작된 시편은 10주기 동안 기계적 펄스 여기 하에서 녹색 가시광선을 반복적으로 방출할 수 있었으며, 이는 시멘트질 재료가 높은 재현성 성능을 나타냄을 시사합니다. 더욱이, 응력 모델에 대한 수치 시뮬레이션 및 분석은 발광 시간이 응력과 동기적이고 방출 강도가 응력 값에 비례한다는 것을 나타냅니다. 우리가 아는 한, 이는 시멘트질 재료가 가시적인 응력 모니터링 및 기록을 실현하는 최초의 연구이며, 이는 현대 다기능 건축 자재를 탐구하기 위한 새로운 통찰력을 제공합니다.

시멘트질 재료는 인류 문명의 발전, 특히 현대 건설 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다1,2,3,4,5. 그러나 건축물의 구조는 구조설계 및 재료처리 능력의 향상으로 인해 점점 더 복잡해지고 있으며, 이로 인해 구조물에 대한 응력분포를 검출하기가 어려워지고 있습니다. 또한 교번하중, 부식피로, 균열 등 복잡한 사용환경으로 인해 응력분포가 변화되어 구조물의 파손이 발생할 수 있습니다. 현재 응력 감지 방법에는 주로 전기 측정 방법과 격자 방법이 포함되며, 이는 변형 신호를 전기 신호 또는 광학 신호6,7,8,9,10,11,12로 변환합니다. 그러나 현재의 방법은 특정 장비를 통해 한 번에 한 지점의 데이터만 수집할 수 있어 전체 구조물의 응력 분포를 사람의 눈으로 빠르고 정확하게 관찰하기가 어렵습니다. 따라서 스트레스를 시각적으로 모니터링하고 기록하는 새로운 방법을 모색하는 것이 중요합니다.

현재 스마트 재료13,14,15,16,17를 추가하여 새로운 지능형 시멘트질 재료를 탐색하는 것이 일반적인 방법입니다. 여기서 발광성 시멘트질 재료는 인광체와 시멘트질 재료를 결합하여 얻어졌습니다18,19,20. 그러나 현재 연구는 가시광선 방출만을 구현하고 있을 뿐, 가시광선의 심층적 응용은 이뤄지지 않고 있다. 가시광선은 인간의 눈으로 관찰할 수 있는 매우 간단한 신호라는 것은 잘 알려져 있으므로, 시멘트질 재료가 응력을 가시광선으로 변환할 수 있다면 응력의 시각적 검출이 실현될 수 있습니다. 기계발광(ML) 재료는 전자 또는 광자 여기의 도움 없이 외부 기계적 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 일종의 신흥 스마트 재료입니다. 최근 몇 년 동안 연구자들은 ZnS/CaZnOS:Mn21, CaLaAl3O7:Tb3+25 및 SrMgAl10O17:Ce3+27 등과 같은 많은 새로운 ML 재료를 개발했습니다. 이전 연구에서는 고용체 화합물(Ca1−xSrx)의 방출 색상이 )8Mg3Al2Si7O28:Eu2+는 탄성 응력 하에서 녹색에서 파란색으로 조정될 수 있으며, 이는 응력 유발 ML 스펙트럼 이동을 실현하고 응력 감지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 이러한 종류의 발광 모드를 통해 ML 재료를 응력 분포 분야에 적용할 수 있습니다. 그러나 대부분의 ML 재료는 스프레이 필름을 사용하여 엔지니어링에 적용되며 시간이 지남에 따라 스프레이 필름의 품질이 점차 저하되어 감지 결과의 정확도가 떨어집니다. 더욱이, 시멘트질 재료는 높은 내부 습도 및 강한 알칼리도와 같은 환경이 복잡하여 형광체가 시멘트질 재료 내부에 도핑될 때 형광체의 발광 특성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 시멘트질 재료의 내부에 적절한 ML 재료를 도입하여 시멘트질 재료가 다기능을 발휘하고 응력을 가시광선으로 자연스럽게 변환할 수 있도록 하는 적절한 방법을 모색하는 것이 매우 중요합니다. 이는 편리하고 신속하며 정확한 감지에 도움이 됩니다. 건물 구조의 스트레스.