許多工業建筑，包括核電站和化工廠等，都非常依賴超聲檢測設備來連續監視其系統的結構完整性，因為這種技術不僅會有效檢測出結構中的缺陷，而且不會損壞或改變其功能。最近，美國物理研究所 （American Institute of Physics）的科研人員開發出一種新方法，可以利用激光技術和蠟燭煙灰納米顆粒來產生有效的超聲波以進行無損檢測和評估。

研究人員在這種超聲無損檢測新技術中使用到一系列由煙灰和聚二甲基硅氧烷制成的納米顆粒制成的激光吸收貼片來放大來自光聲激光源的信號。這項研究成果已發表在近期的《應用物理學快報》（Applied Physics Letters）期刊上。

該方法標志著首次將接觸式和非接觸式超聲檢測元素相結合的新型無損檢測系統的誕生和應用。用光聲貼片產生這種超聲波的結果證明了無損檢測在非接觸應用中將具有廣泛的應用前景。

“基于激光的無損檢測方法具有不依賴外界溫度和監視范圍廣的優點，因為設備的位置可以輕松移動。這項技術為非接觸和遠程產生超聲表面波提供了一種非常靈活和簡單的方法。”研究人員Taeyang Kim說道。當高功率激光撞擊物體表面時，就會產生超聲波。脈沖產生的熱量在照射區域上引起膨脹和壓縮的模式，從而產生超聲信號，人們稱這種波為蘭姆波，可以作為彈性波穿過材料進行無損檢測。

該小組使用了與聚二甲基硅氧烷配對的蠟燭煙灰納米顆粒來吸收激光。他們之所以采用蠟燭煙灰這種物質，是因為它能有效吸收激光，并能產生形成蘭姆波光聲轉換所需的彈性膨脹。

通過將粒子按線陣列置于貼片中，能夠縮小波的帶寬，濾除掉不需要的波信號，并提高分析精度。研究人員在接收換能器方面選擇了鋁傳感系統。與沒有貼片的情況相比，采用該貼片使得振幅增加了兩倍以上，并且它產生的帶寬比其他條件下的更窄。

Kim介紹說，該方法在工業環境中的耐久性問題以及貼片在彎曲和粗糙表面上的性能穩定性等問題可能仍然存在。“但是這種新的無損檢測系統將吸引更多學者的注意力，幫忙人們探索用于貼片或無損檢測行業不同應用領域中的最佳材料。”

據了解，該科研團隊接下來的計劃是在高溫非破壞性測試場景中對該系統進行進一步的測試。

參考文獻：Taeyang Kim et al. Narrow band photoacoustic lamb wave generation for nondestructive testing using candle soot nanoparticle patches, Applied Physics Letters (2019). DOI: 10.1063/1.5100292

作者：Larry Frum
譯者：Vince
譯自：phys.org