纳米光学传感器能够对颜色变化的建筑物进行结构安全监测

随着建筑物的老化，对其结构完整性进行有效监测的需求显著增长。纳米光学传感器技术的突破现在能够精确、实时地测量结构变形和稳定性

这项创新有望重塑结构诊断领域，提供一种经济高效、省时的解决方案，减少对该领域传统上所需的专业知识的需求

在科学和信息通信技术部下属的韩国机械与材料研究所（KIMM）纳米融合制造研究部纳米光刻与制造研究中心首席研究员Jae Sung Yoon博士和UST-KIMM学校的博士生Nguyen Hoang Minh的带领下，研究小组从孔雀羽毛和形态蝴蝶等自然现象中观察到的结构着色中汲取了灵感

该团队成功开发了一种结合纳米制造技术的先进薄膜型应变传感器。当应用于建筑物或其他基础设施时，薄膜的颜色会根据变形的程度和性质而变化，从而有助于准确有效地检测结构老化和损坏，以进行安全评估

KIMM的纳米光学传感器技术通过使用纳米图案将机械变形转化为视觉颜色变化。这种方法将变形可视化为图像数据，消除了对颜料、染料或外部电源的需求

通过利用智能手机技术量化颜色，实现了精确和详细的测量，将传统的结构监测和测量过程简化为一个简单的补丁应用程序

纳米结构着色研究中一个长期存在的技术挑战是颜色随观察角度的变化。该研究团队通过开发一种技术实现了突破，该技术可确保无论从哪个视角都能保持一致的着色，这是世界上第一项成就

这种新型纳米图案保持了均匀的颜色，提供了一个标准参考来补偿与角度相关的差异，从而能够精确测量变形，而不管具体的观察角度如何

此外，研究团队还开发了一种人工智能组合监控解决方案，可以分析颜色变化以评估潜在风险

通过智能手机应用程序、无人机、机器人、闭路电视和其他先进技术使测量方法多样化，他们现在能够检测和分析以前难以评估的建筑物和构筑物的损坏和风险

利用这一核心技术，该团队还开发了一种能够控制颜色表现的薄膜，使其能够作为透明薄膜应用，仅在特定条件下显示图案

这一进步在防伪和安全薄膜应用方面具有巨大的潜力

KIMM的纳米光学传感器技术已申请了10多项国内专利，以及一项国际专利（PCT），目前还有一项美国专利正在审查中

该技术在ACS Applied Nano Materials上被突出显示为封面论文，并已被《Nanoscale Advances》接受发表

研究团队正通过技术简报和交流与行业合作伙伴积极合作。该团队目前正在与一家公司签订技术转让协议，旨在加快这一创新的采用

KIMM首席研究员Jae Sung Yoon博士说：“这种纳米光学传感器技术彻底改变了建筑物和设施的结构老化和稳定性评估。通过以较低的成本提供高精度的监测解决方案，我们的目标是为提高公共安全和社会稳定做出贡献。”该项目名为“基于纳米光学和机器学习的建筑安全和灾害管理智能监测技术的发展”，与该部推进基础设施安全技术创新的使命相一致 More information: Nguyen Hoang Minh et al, Photonic Crystals for Dichotomous Sensitivity to Strain for Sensor and Indicator Applications, ACS Applied Nano Materials (2024). DOI: 10.1021/acsanm.4c03243