Un tuyau défaillant peut être difficile à repérer. Cela peut provoquer une flaque d'eau, produire un autre signe de dommage, ou tout simplement éclater avant la détection. Une cuisine ou une buanderie inondée est désordonnée et peu pratique, mais les enjeux sont grands, beaucoup plus élevé dans les centrales nucléaires, qui contiennent en moyenne plusieurs kilomètres de pipelines.

Alors que les préoccupations concernant le vieillissement des plantes s'intensifient, Les ingénieurs de Vanderbilt travaillent sur un système d'alerte précoce. Ils utilisent des revêtements polymères à l'intérieur du tuyau et des dispositifs polymères imprimés en 3D infusés de nanoparticules comme capteurs pour signaler les changements à l'extérieur du tuyau. Et, ils espèrent, sonner.

Un énorme défi consiste à détecter les changements dans le film polymère se produisant à l'intérieur du tuyau. Créer une technique utile et proactive, l'équipe veut utiliser le son, ou vibrométrie, pour identifier ces changements internes de l'extérieur du tuyau.

« Nous concevons et préparons des revêtements capables de saisir ou de chélater les ions métalliques libérés par le processus de corrosion dans un tuyau, " a déclaré Kane Jennings, professeur de génie chimique et biomoléculaire.

"Les films peuvent chélater les ions métalliques en solution et à partir d'une surface corrosive. Les métaux chélatés modifient les propriétés des films polymères pour réticuler efficacement les chaînes polymères, " dit Kane, qui préside également le département.

Les premiers résultats sont prometteurs. La vibrométrie montre de légers changements lorsque les métaux sont liés au revêtement, Jennings a dit, et la recherche en cours évalue la fiabilité à différentes épaisseurs de revêtement. Le capteur pour l'extérieur du tuyau fonctionne - le revêtement passe du vert au bleu sur un changement d'entrée qui pourrait signaler le processus de corrosion.

"En fin de compte, le capteur devrait s'interfacer avec la vibrométrie pour fournir un signal de couleur stop/go sur la santé à l'intérieur du tuyau, " a déclaré Jennings.

Une étude de l'Electric Power Research Institute qui a examiné la sécurité des conduites dans les centrales nucléaires américaines sur une période de 36 ans a trouvé 1, 816 défaillances de canalisations qui ont été identifiées par des tests et des inspections. Encore 2, 247 défaillances ont été constatées suite à des fuites de canalisations, et dans certains cas, causant la mort de travailleurs.

Les pipelines des centrales nucléaires transportent de l'eau de "refroidissement", qui est proche de l'ébullition, au réacteur et aux piscines de combustible usé. Les tuyaux fournissent de l'hydrogène gazeux aux générateurs et transportent la vapeur vers la turbine principale, parmi de nombreuses autres fonctions. L'idée serait de commencer par revêtir les jonctions et les connexions des tuyaux de refroidissement.

La recherche a impliqué des professeurs et des étudiants diplômés en chimie, génie mécanique et civil. Cole Brubaker, doctorat '18, ont développé les capteurs à l'aide de matériaux phosphorés au sulfure de zinc dopés par du métal. « Dispositifs électroluminescents à courant alternatif imprimés en 3D » a été publié dans le Journal de la chimie des matériaux en mai 2019. Doug Adams, Daniel F. Flowers Professeur et président du Département de génie civil et environnemental, était le chercheur principal. Jennings est le chercheur principal sur un article qui confirme la chimie fondamentale publiée en septembre 2019 dans le Journal de chimie physique .