小小纱线“变身”材料体检利器

看似不起眼的小小纱线，竟能“变身”灵敏的材料体检利器。通过它可以实时、无损检测出不同材料的损伤情况，让过去复杂耗时的大型复合材料检测手段，变得轻松又精准。

　　这个创意来自天津工业大学纺织科学与工程学院的一支本科生科研团队。这些年轻人长期关注先进纺织复合材料的开发与运用，先后在第十三届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛、第八届中国国际“互联网＋”大学生创新创业大赛中获得优异成绩。

　　团队负责人岳佳宁说，比起获奖，更希望把所学知识应用工程实践中，解决复合材料市场检测的痛点问题，真正“把论文写在祖国大地上”。

　　上大学后，学习纺织工程专业的她，对纺织复合材料的研究产生了浓厚的兴趣。一次在查找资料时，她了解到天津工业大学纺织科学与工程学院副教授吴利伟研究课题中，有关如何无损检测预制体受损情况技术的研究，于是找到老师主动参与课题组的相关研究中。

　　吴利伟告诉记者，纺织工程不是人们印象中只能“做衣服”的专业，纺织复合材料强度大、刚度强、重量低，如今应用非常广泛。大到卫星天线，小到人造血管；从上天入地的大装备，到人们日常穿戴的衣物，很多都与纺织技术和复合材料密切相关。

　　此前，他与天津工业大学复合材料研究院研究员、博士生导师姜茜共同牵头的结构与功能纺织复合材料课题组，与澳大利亚弗林德斯大学合作开发出了一种可纱线化的聚集诱导发光材料，可实现对有害气体、微小损伤的实时传感和检测，成本低、灵敏度高、可实时检测。

　　跟着指导老师深入企业一线调研后，岳佳宁了解到，目前复合材料发展很快，但对复合材料结构件的无损检测手段却不多。一般来说，行业内都是采用CT检测、超声检测等方法，这些方法面临着成本高、耗时长且难以原位检测等困难。

　　她大胆设想，能不能基于上述研究，尝试设计一种纱线化的柔性传感器，用于大型复合材料构件的无损检测，让各种材料损伤在还未产生严重事故之前就提前发出预警，保证其长期安全运行呢？

　　在老师们的支持下，她和学生团队经过几年探索，采用一种新兴的纳米材料制备技术，制备出一种特殊的柔性纱线传感器。

　　岳佳宁给这个复合材料无损检测的创新项目起名“微荧速检”。

　　“在技术水平上，这属于较为先进的柔性电子技术应用之一，可以运用于大多数复合材料的原位无损检测。”吴利伟说。

　　荧光测图法让这种柔性传感器发挥出它的特性，通过荧光照射可以将肉眼不可见的应力载荷信息进行可视化处理。也就是说，有了柔性纱线传感器后，材料在承受不同力度、湿度等情况下，会分别显示出不同颜色。

　　检测人员手持手机等终端设备，通过拍照就可以实时直观获取结构件在承载过程中的载荷变化，快速得出材料的“体检报告”，无须大型检测设备，省时、省力、省钱。

　　岳佳宁说，这种柔性压力传感器的纱线状形态，不仅能以增强体的形式融入工程材料预制体中，还可以实现工程材料在毫米尺度上的应力应变分布，以及损伤裂纹扩展的实时监控，也可以预计出材料的使用寿命，“与传统传感器相比，这种方式成本低，可以在材料整个生命周期持续监测，一旦发现问题，还可以在不中断服务的同时，实施保护性维修。”

　　姜茜说，近年来，天津工业大学结构与功能纺织复合材料团队，围绕纺织结构复合材料结构功能一体化设计制备技术，形成了一套研究思路，“特别注重基础研究与人才培养相结合，技术创新与产业发展相融合，不断加强纺织结构复合材料研究成果转化及前沿探索，致力于解决关键技术难题。”

　　团队深耕先进纺织复合材料的研发及制备，持续增强对先进纺织复合材料的理论和实践研究深度，与中国直升机研究所、中国运载火箭技术研究院、国防科技大学、西北工业大学、北京航空航天大学等单位共同开展技术攻关和产学研转化。

　　师生共同设计开发的多向编织复合材料，成功应用于天津市科技重大专项“天津号”纯太阳能电动车，全碳纤维复合材料作为主承力部件，比铝合金减重30%以上，在天津市科学技术奖励大会亮相，获得广泛关注。

　　团队开发的耐高温热密封件，实现了飞行器零部件的低成本国产化，获2023年度中国纺织工业联合会专利金奖。独创性的纺织结构超材料已发表高水平论文14篇，正在进行科技成果转化。

　　纺织新材料的快速发展，也推动着产业体系的重构与升级，吴利伟认为，每年一批又一批充满创新精神的本科生、硕士生参与到新兴领域的课题研究中来，“他们正是推动中国制造前行的青春动能。”