據研究團隊稱，這種新材料可用于航空航天、汽車和建筑行業，無需外部電源即可監測結構健康狀況。這項技術已發表在《國際智能與納米材料雜志》(International Journal of Smart and Nano Materials)上。

東北大學助理教授王振進表示：“CFRP非常堅固輕便，它被用于飛機、風力渦輪機和其他大型結構。然而，當裂紋在內部擴展時，它可能會突然失效。及早發現這些裂紋非常困難，而且許多結構難以使用電池或有線傳感器。因此，迫切需要一種自供電的傳感解決方案?！?/p>

為了增強CFRP的功能，研究人員將一種由壓電納米顆粒組成的壓電納米復合材料摻入環氧樹脂基體中，并使用無鉛材料鈮酸鉀鈉(KNN)代替傳統的含鉛陶瓷。

研究人員測試了這種復合材料的機械強度及其發電能力。在振動條件下，該材料可產生高達13.6V的開路電壓。當在碳纖維增強復合材料和壓電納米復合材料層之間引入人工裂紋時，隨著裂紋長度的增加，輸出電壓和諧振頻率均會降低?！拔覀兊牟牧夏軌驅⒄駝愚D化為信息。裂紋的擴展可以反映在無線信號的時序中，這使得完全自主的結構監測成為可能，從而有助于提升飛機和能源系統的安全性。”王振進說道。

基于此特性，該團隊提出了一種將能量收集、傳感和結構健康監測集成于單一材料系統中的新方法。借助壓電元件，CFRP可以從振動中收集電能，并利用這些電能監測加速度和壓力等關鍵參數，同時無需任何外部電源即可將數據無線傳輸至計算機。此外，通過分析接收到的無線信號時序的變化，還可以檢測諸如分層之類的內部損傷。

王振進表示：“如今的檢測需要傳感器、電線和電源。而這種新型材料可以獨立工作，降低成本、減輕重量、減少維護，并在電力供應有限的地方提高安全性。除了支持更安全的飛機和能源系統外，我們的研究還將有助于未來的智能材料研究，并推動無電池傳感器技術的發展。”

研究人員目前正在探索如何將這種多功能復合材料應用于下一代自供電結構健康監測系統。