I materiali trasparenti sono diventati una componente essenziale in un'ampia varietà di applicazioni tecnologiche, che vanno dall'elettronica di tutti i giorni come tablet e smartphone agli usi più sofisticati nei pannelli solari, medicinale, e ottica. Proprio come per qualsiasi altro prodotto da produrre in serie, il controllo di qualità è importante per questi materiali, e sono state sviluppate diverse tecniche per rilevare graffi o imperfezioni microscopiche.

Un approccio interessante alla scansione dei danni sui materiali è l'utilizzo delle "onde di agnello". Prende il nome dal matematico britannico Sir Horace Lamb, si tratta di onde elastiche generate in lastre solide a seguito di una opportuna eccitazione meccanica. Poiché la propagazione delle onde Lamb è influenzata da danni superficiali (come graffi), possono essere sfruttati per garantire che il materiale scansionato sia privo di imperfezioni. Sfortunatamente, la generazione e la successiva misurazione delle onde di Lamb su materiali trasparenti non sono semplici.

Sebbene esistano tecniche basate sul laser per generare onde Lamb in modo senza contatto, i parametri laser devono essere accuratamente calibrati per ogni materiale per evitare di causare danni. Inoltre, gli approcci esistenti non generano onde Lamb di ampiezza sufficiente; come tale, misurazioni ripetute devono essere condotte e mediate per ottenere dati affidabili, che richiede tempo. Per quanto riguarda la misurazione delle onde Lamb generate, nessuna tecnica esistente può rilevarli rapidamente e utilizzarli per cercare danni su scala submillimetrica su superfici trasparenti.

Per affrontare questi problemi, un gruppo di ricerca guidato dal professor Naoki Hosoya dello Shibaura Institute of Technology e Takashi Onuma della Photron Limited, Giappone, ha sviluppato un nuovo quadro per la generazione e il rilevamento di "modalità S0" (modalità simmetrica di ordine zero) onde Lamb in materiali trasparenti. Il loro approccio è presentato in un articolo recentemente pubblicato online sulla rivista Ottica e laser in ingegneria .

Primo, il team ha dovuto trovare una tecnica conveniente per generare onde Lamb senza danneggiare il campione. A tal fine, hanno sfruttato un approccio che avevano usato con successo in altri tentativi per generare oscillazioni meccaniche in modo senza contatto:le onde d'urto al plasma indotte dal laser (LIP). Per dirla semplicemente, LIP può essere generato focalizzando un raggio di laser ad alta energia su un minuscolo volume di gas. L'energia del laser eccita le molecole di gas e le fa ionizzare, creando una "bolla di plasma" instabile vicino alla superficie del materiale. "La bolla di plasma si espande nell'ambiente circostante a velocità super elevate, generando un'onda d'urto che viene utilizzata come forza di eccitazione per produrre onde Lamb sulla struttura bersaglio, " spiega il prof. Hosoya.

Prossimo, i ricercatori avevano bisogno di misurare le onde generate. Ci sono riusciti utilizzando una telecamera di polarizzazione ad alta velocità, quale, come il nome suggerisce, può catturare la polarizzazione della luce che viaggia attraverso il campione trasparente. Questa polarizzazione contiene informazioni direttamente correlate alla distribuzione delle sollecitazioni meccaniche del materiale, che a sua volta riflette la propagazione delle onde Lamb.

Per mettere alla prova la loro strategia, il team ha creato graffi microscopici su alcuni piatti, lastre di policarbonato trasparente e hanno confrontato la propagazione delle onde di Lamb su campioni danneggiati e incontaminati. Come previsto, i graffi hanno causato notevoli differenze nella distribuzione delle sollecitazioni delle piastre mentre le onde si propagavano sulle aree danneggiate, dimostrando il potenziale di questo nuovo approccio rilevando graffi che misurano solo diverse dozzine di micrometri.

Mentre i risultati sono entusiasmanti, ulteriori studi sono necessari per acquisire una comprensione più approfondita della loro strategia e dei suoi limiti. Il prof. Hosoya dice, "Gli effetti della dimensione o del tipo di danno, l'ingrandimento dell'obiettivo della fotocamera, e le proprietà del campione trasparente sul limite di dimensione del difetto rilevabile del nostro metodo devono essere verificate come parte dei lavori futuri".

Auspicabilmente, questo ingegnoso senza contatto, Lo schema di rilevamento dei danni non distruttivi contribuirà a ridurre i costi di produzione di materiali trasparenti di alta qualità.