许多工业建筑，包括核电站和化工厂等，都非常依赖超声检测设备来连续监视其系统的结构完整性，因为这种技术不仅会有效检测出结构中的缺陷，而且不会损坏或改变其功能。最近，美国物理研究所 （American Institute of Physics）的科研人员开发出一种新方法，可以利用激光技术和蜡烛烟灰纳米颗粒来产生有效的超声波以进行无损检测和评估。

研究人员在这种超声无损检测新技术中使用到一系列由烟灰和聚二甲基硅氧烷制成的纳米颗粒制成的激光吸收贴片来放大来自光声激光源的信号。这项研究成果已发表在近期的《应用物理学快报》（Applied Physics Letters）期刊上。

该方法标志着首次将接触式和非接触式超声检测元素相结合的新型无损检测系统的诞生和应用。用光声贴片产生这种超声波的结果证明了无损检测在非接触应用中将具有广泛的应用前景。

“基于激光的无损检测方法具有不依赖外界温度和监视范围广的优点，因为设备的位置可以轻松移动。这项技术为非接触和远程产生超声表面波提供了一种非常灵活和简单的方法。”研究人员Taeyang Kim说道。当高功率激光撞击物体表面时，就会产生超声波。脉冲产生的热量在照射区域上引起膨胀和压缩的模式，从而产生超声信号，人们称这种波为兰姆波，可以作为弹性波穿过材料进行无损检测。

该小组使用了与聚二甲基硅氧烷配对的蜡烛烟灰纳米颗粒来吸收激光。他们之所以采用蜡烛烟灰这种物质，是因为它能有效吸收激光，并能产生形成兰姆波光声转换所需的弹性膨胀。

通过将粒子按线阵列置于贴片中，能够缩小波的带宽，滤除掉不需要的波信号，并提高分析精度。研究人员在接收换能器方面选择了铝传感系统。与没有贴片的情况相比，采用该贴片使得振幅增加了两倍以上，并且它产生的带宽比其他条件下的更窄。

Kim介绍说，该方法在工业环境中的耐久性问题以及贴片在弯曲和粗糙表面上的性能稳定性等问题可能仍然存在。“但是这种新的无损检测系统将吸引更多学者的注意力，帮忙人们探索用于贴片或无损检测行业不同应用领域中的最佳材料。”

据了解，该科研团队接下来的计划是在高温非破坏性测试场景中对该系统进行进一步的测试。

参考文献：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
译者：Vince
译自：phys.org