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2013 Fiscal Year Annual Research Report

光と色で指向するひずみの可視化- 構造物劣化診断の革新的ユニバーサルデザイン

Research Project

Project/Area Number 25709036
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Research InstitutionPublic Works Research Institute

Principal Investigator

百武 壮  独立行政法人土木研究所, その他部局等, 研究員 (30468871)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords土木材料 / 構造機能材料 / 自己組織化 / 可視化 / リモートセンシング
Research Abstract

構造物にかかるひずみを発光像として二次元視覚化できるモニタリングシステムを提案する。ひずみに応答して変色(光反射)するシート状材料と発光色素を組み合わせることで、ひずみ応答と発光強度(色)の変化を制御し、ひずみ情報を光と色で解析できることを実証する。
ひずみに応答して変色するシート材料としてオパール薄膜を検討した。薄膜は市販のPETシート上にポリスチレンの微粒子(粒径が200 nm程度)が規則正しく配列し、シリコーンエラストマーで包埋・固定化されている。PETシートの変形にしたがって粒子間距離が変化し、ひずみに応答して反射スペクトルが赤色から緑色程度まで変化した。発光色素をこのオパール薄膜に配するべく、シリコーンエラストマー、トップコート、ポリスチレン微粒子への導入を試した。簡便なポリスチレン微粒子への浸潤法で均質に導入する事が可能であった。色素を導入したポリスチレン微粒子は、既報の手順で標準品と同様にオパール薄膜が成膜可能であり、強く発光することがCCDカメラを用いた発光像から確認できた。薄膜の反射スペクトルはひずみに応答して短波長シフトすることをファイバ分光計で計測した。オパール薄膜中のすべてのポリスチレン微粒子に色素を導入すると、発光のひずみ応答性が小さかったため、光ひずみ感度向上のため、微粒子の積層方法を新たに検討中である。一方で、トップコート法は均質な発光像が得られ、ひずみによって発光が応答したが、母材への貼付けなどの施工法に工夫が必要であることがわかった。より扱いやすく発展させるため、今後は接着剤やPETシート側への導入も検討する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ファイバ分光計やCCDカメラによる発光計測を用いて、オパール薄膜への発光色素導入を評価した。ポリスチレン微粒子への浸潤とトップコート法の二通りの方法で、光ひずみセンシングが可能であることが示唆された。これらを元に発光像計測へと展開し、二次元光ひずみセンシングを図る。感度や施工法に対してさらなる検討が必要であることがわかったが、初年度の目標である点計測は可能であることが実証できたため、概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

オパール薄膜への色素導入方法を精査し、光ひずみ感度の向上と発光像計測へとステップアップを図る。ひずみゲージとの同時計測からひずみ感度の定量性についても議論し、発光像の解析・評価方法を検討する。一方で、母材となる金属やコンクリート母材への施工性についても検討を開始する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

実験補助の人材を計上していたが、不要となったため。
万能試験機を暗室内専用のものとして導入する計画である。

  • Research Products

    (5 results)

All 2014 2013 Other

All Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] 2D Visualization of Strain Deformation and Crack Using Tunable Structural Color Coating2014

    • Author(s)
      Tsuyoshi Hyakutake, Itaru Nishizaki, Hiroshi Fudouzi, Tsutomu Sawada, Yoshikazu Tanaka, Ichiro Ario
    • Organizer
      International Union of Material Research Societies – The IUMRS International Conference in Asia 2014
    • Place of Presentation
      福岡市
    • Year and Date
      20140824-20140830
    • Invited
  • [Presentation] 色の変化で危険を知らせる構造物の劣化検出センサ2014

    • Author(s)
      百武 壮、西崎 到、不動寺 浩、田中 義和
    • Organizer
      SATテクノロジー・ショーケース2014
    • Place of Presentation
      つくば市
    • Year and Date
      20140124-20140124
  • [Presentation] 可視・紫外領域に跨る構造色を呈するオパール薄膜の作製とひずみ・ひび割れの可視化2013

    • Author(s)
      百武 壮、西崎 到、不動寺 浩、澤田 勉、田中 義和、有尾 一郎
    • Organizer
      第9回学際領域における分子イメージングフォーラム
    • Place of Presentation
      調布市
    • Year and Date
      20131029-20131029
  • [Presentation] オパール薄膜の発色脱色によるひずみ可視化2013

    • Author(s)
      百武 壮、西崎 到、不動寺 浩、澤田 勉、田中 義和、有尾 一郎
    • Organizer
      第62回高分子討論会
    • Place of Presentation
      金沢市
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Remarks] 土木研究所ウェブマガジン32号 研究紹介 色と光で危険を知らせる

    • URL

      http://www.pwri.go.jp/jpn/webmag/wm032/kenkyu.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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