日本東北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型復(fù)合材料，能夠通過(guò)振動(dòng)信號(hào)的變化自主檢測(cè)內(nèi)部裂紋。該研究成果于2026年1月發(fā)表在《國(guó)際智能與納米材料雜志》，展示了將結(jié)構(gòu)承載與損傷監(jiān)測(cè)功能集成于一體的技術(shù)路徑。

該材料由碳纖維增強(qiáng)聚合物與壓電復(fù)合層構(gòu)成。壓電層以含鈮酸鉀鈉的環(huán)氧樹(shù)脂為基體，并與碳纖維結(jié)合。當(dāng)材料受到外部振動(dòng)或機(jī)械形變時(shí)，壓電層會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)。這種設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)無(wú)需完全依賴后期粘貼的外部傳感器，即可直接采集結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)據(jù)。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，該復(fù)合材料在特定振動(dòng)條件下產(chǎn)生的開(kāi)路電壓Zui高可達(dá)13.6伏特。研究人員在層間引入人工裂紋后，觀察到電壓下降以及共振頻率的改變。隨著裂紋擴(kuò)展，電信號(hào)與機(jī)械響應(yīng)的差異逐漸顯現(xiàn)，從而為識(shí)別表面不可見(jiàn)的內(nèi)部損傷提供了依據(jù)。

此類(lèi)內(nèi)置監(jiān)測(cè)技術(shù)主要面向航空航天、汽車(chē)制造與建筑工程等領(lǐng)域。能夠部分自供能的傳感結(jié)構(gòu)有望減少特定配置中對(duì)額外線纜和電池的依賴。需要明確的是，該復(fù)合材料不具備自修復(fù)功能，其核心價(jià)值在于提供可用于診斷的結(jié)構(gòu)損傷信號(hào)。

目前該技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室概念驗(yàn)證階段。研究團(tuán)隊(duì)指出，實(shí)際應(yīng)用前必須完成長(zhǎng)期的耐久性測(cè)試、精度校準(zhǔn)以及與現(xiàn)有檢測(cè)手段的對(duì)比驗(yàn)證。此外，系統(tǒng)還需有效區(qū)分裂紋信號(hào)與溫度波動(dòng)、材料老化及不同載荷模式引起的正常振動(dòng)變化。團(tuán)隊(duì)同時(shí)正在探索利用無(wú)線信號(hào)傳輸時(shí)間的變化來(lái)檢測(cè)層間分層現(xiàn)象，但大規(guī)模部署仍需進(jìn)一步的技術(shù)突破。

資料來(lái)源：Catraca Livre；原文發(fā)布日期：2026-10-25。本文為資料編譯。