近期，機械色度系統（SHM）對復合材料結構健康監測的研究非常熱門，該技術應用于各種行業，如民用、風力和航空航天，以提高復合材料使用的安全性和結構完整性。基于聚合物復合材料，機械色度系統（SHM）為復合材料提供了一種重量輕的傳感器易于視覺提示。本文綜述了機械變色用于復合材料結構檢測的方法，并討論了該領域未來的發展前景。設計原則和主要基于物理和化學機制的前沿應用，即基于染料填充材料、改性聚合物、結構顏色材料和智能混合復合傳感器的機械變色。這些新興的傳感器創造了新一代用戶友好、廉價且無需額外電源的SHM檢測系統，保證了經濟和技術優勢將為創新、更安全、更輕的復合材料產品開辟新的領域，并顯著降低后期維護成本。

1.引言

纖維增強聚合物（FRP）復合材料廣泛應用于各種行業，如民用、航空航天、生物醫學、風力渦輪機、汽車、醫療等，適用于惡劣的使用條件，如溫度波動、濕度、強風、紫外線照射、腐蝕等。此外，玻璃和碳纖維增強聚合物（GFRP）和（CFRP）復合材料擁有優異的抗沖擊和抗疲勞性能。例如，低速撞擊可能不會在表面上造成任何可視損傷，但有可能引起材料內部損傷。這種內部沖擊引起的損傷，通常稱為勉強可見的沖擊損傷（BVID），將可能導致嚴重的結構損壞和意外故障。在這種情況下，無損檢測（NDE）技術已經發展到在大型關鍵結構中，能夠檢測到需要維修或更換的區域。無損檢測方法通常用于損傷后分析，且費時費力。

結構健康監測（SHM）可以代替無損檢測方法，其定義為利用傳感器陣列，實現觀察使用過程中的材料，以確定材料結構健康的實時狀態。這些傳感器可以安裝在材料表面，也可以在復合材料制造中安裝在其內部。 SHM系統相關研究文獻表明，不同SHM的組合必須使用不同的方法來確保對復雜的實際情況進行可靠的結構監測。超聲掃描是最常見的方法之一，在實驗室規模下此方法可以很精確的反應材料結構，但在實際生產中，其可靠性有待商榷。光纖傳感器也是一種常用的方法。但它們需要大量的布線，而且相當容易斷裂，并且在復合材料層壓板中結合時也會導致材料應力集中。因此，開發新的SHM技術對于可靠和經濟高效的監測確保安全并延長其使用壽命意義重大。

自動反饋機械變色復合材料的反饋機制是通過可視的結構完整性通過進一步保護部件或采取措施修復部件，可以做到及時響應損壞。自動反饋機械變色技術優于其他SHM技術的兩大優勢是完全可以無線工作和無需數據采集。利用自動反饋機械變色技術可能會設計出新型傳統傳感器。例如，FRP已經用作結構或增強材料的復合材料可以被設計為既起到增強作用又起到SHM的作用，無需安裝額外的傳感器，或用含有熒光官能團的玻璃纖維可以是嵌入環氧樹脂中，用作指示器。

自動反饋是感知并反饋其自身狀態，如損壞、變形或溫度等各種刺激，如熱、壓電、機械或化學變化，而自動修復是在受損時自動恢復結構完整性的能力。自動反饋和自我修復機制有可能實現新型智能材料的開發。智能復合材料可以是設計為自動反饋和自我修復的雙重功能，然而，本文的主要焦點是自動反饋特性。

自動反饋機械變色復合材料，代表在視覺檢查方法向前邁進，并且是一個跨學科的研究主題，最近的綜述對這一主題提供了不同的見解。然而，據我們所知，目前還沒有討論和比較最實用的機械變色設計和制造方法，考慮它們在不同工程結構的SHM中的應用潛力和在未來應用的可能性。因為篇幅有限，本文的重點是探討自動反饋機械變色聚合物復合材料，當受到物理刺激時，改變其熒光或其他光學特征（吸收、發射、折射率等）。

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