По словам создателей, новый многофункциональный композитный материал, изготовленный из полимеров, армированных углеродным волокном (CFRP), и пьезоэлектрических материалов, может использовать вибрации для «самообнаружения» мельчайших трещин.
Разработанная исследователями из Университета Тохоку в Сендае, Япония, эта технология предназначена для использования в строительной, аэрокосмической и автомобильной отраслях промышленности с целью мониторинга состояния конструкций без необходимости использования внешнего источника питания.
«Углеродсодержащие композиты (CFRP) очень прочные и легкие. Они используются в самолетах, ветряных турбинах и других крупных конструкциях. Однако они могут внезапно разрушиться, когда внутри образуются трещины. Обнаружить эти трещины на ранней стадии сложно, и во многих конструкциях использование батарей или проводных датчиков затруднено. Решение с автономным питанием настоятельно необходимо», — сказал доцент Zhenjin Wang.
Чтобы сделать CFRP умнее, исследователи интегрировали пьезоэлектрический нанокомпозит, который преобразует механическую энергию в электрическую. Пьезоэлектрический нанокомпозит изготовлен из пьезоэлектрических наночастиц и эпоксидной смолы, которая помогает сбалансировать электрические характеристики и механическую прочность. Команда использовала не содержащий свинца пьезоэлектрический материал, ниобат калия и натрия, чтобы повысить его безопасность и экологичность.
«Наш материал превращает вибрацию в информацию. Рост трещин может отражаться во времени передачи беспроводных сигналов, что позволяет осуществлять полностью автономный структурный мониторинг для повышения безопасности самолетов и энергетических систем», — сказал Wang.
Команда проверила как механическую прочность композита, так и его способность генерировать электричество. При вибрации материал выдавал напряжение холостого хода до 13,6 вольт. Когда между слоями CFRP и пьезоэлектрического нанокомпозита были созданы искусственные трещины, выходное напряжение и резонансная частота уменьшались по мере увеличения длины трещин. «Это означает, что материал не только собирает энергию, но также может «чувствовать» внутренние повреждения посредством изменений в своей электрической реакции», — говорится в заявлении Тохоку.
Основываясь на этом поведении, исследователи предложили новый подход, который объединяет сбор энергии, датчики и мониторинг состояния конструкции в единой материальной системе. «Благодаря пьезоэлектрическому «мозгу» углепластик может собирать электроэнергию из вибрации и использовать ее для мониторинга ключевых параметров, таких как ускорение и давление, при этом передавая данные по беспроводной связи на компьютер без внешнего источника питания. Кроме того, внутренние повреждения, такие как расслоение, могут быть обнаружены путем анализа изменений во времени принимаемых беспроводных сигналов», — говорится в сообщении.
Wang добавил: «Сегодня для проведения инспекций нужны датчики, провода и источники питания. Этот новый материал работает автономно. Он снижает затраты, вес и техническое обслуживание, а также повышает безопасность в местах с ограниченным электропитанием. Помимо повышения безопасности самолетов и энергетических систем, наши разработки помогут в будущих исследованиях интеллектуальных материалов и продвижении технологии датчиков без батарей».
Дополнительное тестирование необходимо для подтверждения долговечности и стабильности композитного материала, говорится в анонсе.
Технология была описана в статье, опубликованной в Международном журнале интеллектуальных и наноматериалов: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19475411.2025.2610182#d1e1311
Статья с сайта Institution of Mechanical Engineers (https://www.imeche.org), 29 января 2026 года
Перевод подготовила Елена Михаленко
Публикация статьи из печатной версии газеты «Вестник бизнеса» №2(28) за 2026 год
