碳纳米管+电阻抗断层成像：3D打印超材料损伤演化首次被全程锁定

格拉斯哥大学和悉尼大学的研究人员，用电阻抗断层成像（EIT）这种医学成像技术，画出了3D打印晶格结构里损伤发展的过程。

这是第一次有人把原位EIT用在3D打印架构超材料的损伤监测上。相关论文发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

把碳纳米管掺进塑料晶格里，晶格按照设定的支柱和空隙排列打印。

然后让电流通过碳纳米管，在把48毫米的试样拉伸到断裂的过程中，用外部电极测量电压差。

一个算法把这些电压变化转成实时的电导率分布图。

这些分布图能看出损伤在哪儿产生、怎么发展，包括远离电极的区域，也能看出在晶格断裂前损伤是在哪儿一步步累积的。

直接观察也验证了这些位置，分布图把损伤定位到了它实际所在的那个支柱的范围内。团队还在部分支柱里引入微小裂纹，然后追踪这些裂纹在应变不断增加时怎么扩展。

这项工作的基础是格拉斯哥大学可持续多功能材料与增材制造实验室在2024年提出的一个建模框架。那个框架预测了晶格在拉伸或压缩下电导率会怎么变化。

实验室缩写SM2AM，负责人是詹姆斯·瓦特工程学院的尚穆加姆·库马尔（Shanmugam Kumar）教授。他说，「在这项研究中，我们开发了一种新方法，可以实时绘制整个3D打印晶格结构上的电学变化。」

他还打了个比方，「输出结果有些类似于磁共振成像扫描。正如磁共振成像可以显示身体内部发生的情况一样，我们的方法能够让我们看到晶格在承受应变时不同部分的响应。

「传统测量可以告诉我们材料中某个特定位置发生了什么，或者提供整个结构健康的整体平均指示。然而，它们无法向我们详细展示损伤在哪里发展以及如何在整个结构中蔓延。我们的研究表明，通过将精心设计的晶格结构与EIT相结合，我们可以获得更丰富的结构行为图像，包括在结构最终失效之前检测到损伤。工程化的晶格架构能够实现对传感精度的控制。」

他也提到，这项技术可能在结构健康监测和其他先进工程系统等领域开辟潜在应用。不过还需要进一步工作来开发并扩展这项技术，才能真正用到实际场景里。