Self‐Reporting Microsensors Inspired by Noctiluca Scintillans for Small‐Defect Positioning and Electrical‐Stress Visualization in Polymers

材料科学 可视化 聚合物 纳米技术 压力(语言学) 复合材料 计算机科学 人工智能 语言学 哲学
作者
Wenxia Sima,Yuhang Yang,Potao Sun,Yuning Shi,Tao Yuan,Ming Yang,Huanyi Xiong,Xinyu Tang,Chaolu Niu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (24) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.202313254
摘要

Abstract Small defects induce concentrated electrical stress in dielectric polymers, leading to premature failure of materials. Existing sensing methods fail to effectively visualize these defects owing to the invisible‐energy state of the electric field. Thus, it is necessary to establish a nondestructive method for the real‐time detection of small defects in dielectric polymers. In this study, a self‐reporting microsensor (SRM) inspired by Noctiluca scintillans is designed to endow materials with the ability of self‐detection for defects and electrical stress. The SRM leverages the energy of a nearby electric field to emit measurable fluorescence, enabling defect localization and diagnosis as well as electrical‐stress visualization. A controllable dielectric microsphere is constructed to achieve an adjustable electroluminescence threshold for the SRM, thereby increasing its detection accuracy while decreasing the electroluminescence threshold. The potential degradation in the polymer performance owing to SRM implantation is addressed by assembling long molecular chains on the SRM surface to spontaneously generate an interpenetrating network. Results of finite element analyses and experiments demonstrate that the SRM can effectively realize nondestructive visualization and positioning of small defects and concentrated electrical stress in polymers, positioning it as a promising sensing method for monitoring the electric field and charge distribution in materials.
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