因为地球的旋转作用,在静力平衡的大气中可以产生一种特殊声波——兰姆波(Lambwaves)。兰姆波在空气微团中一般只做水平运动,静力平衡成立,水平尺度较大。
兰姆波是以英国数学家贺拉斯·兰姆爵士(SirHoraceLamb)的名字所命名,它能够在适当的机械激励下,在固体板材中产生的弹性波。由于兰姆波的传播会受到表面损伤(如划痕)的影响,因此,它们常常用来确保扫描的材料是否存在缺陷。
目前,透明材料在平板电脑、智能手机、太阳能电池板、医学、光学等方面有了越来越重要的应用。就像其他任何大规模生产的产品一样,质量控制对这些材料来说非常重要。如今,已经开发了几种用来检测透明材料微观划痕或缺陷的技术,但其在成本以及效率方面或多或少还有改进的空间。
例如,激光技术虽然能够以非接触的方式产生兰姆波,但激光参数需要针对每种材料进行仔细校准。此外,现有方法产生的兰姆波往往振幅不够,必须进行重复测量,这样的往往十分耗时。
针对这些问题,来自日本的研究人员开发了一个新的框架,用于生成和检测透明材料中的“S0模式”(零阶对称模式)兰姆波。他们利用了一种曾经成功过的方法,以无接触的方式产生机械振荡:激光诱导等离子体(LIP)冲击波。
具体来说,LIP通过一束高能激光聚焦在一小部分气体上产生,激光的能量使气体分子通电并导致它们进行电离,从而在材料表面附近产生一个不稳定的“等离子体气泡”。
随后,等离子体气泡以超高速向周围扩张产生冲击波作为激发力,在目标结构上产生兰姆波。和预想的结果相同,当兰姆波在受损区域传播时,划痕在板的应力分布上造成了明显的差异,通过检测只有几十微米的划痕,证明了这种新方法的潜力。
未来,或许这种非接触、非破坏性的损伤检测方案,有助于降低高质量透明材料的生产成本。
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