作者:廖洋 车慧卿 来源:中国科学报 发布时间:2023/6/20 8:47:25
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道路工程智能感知新材料与监测技术研究获新进展

 

近日,山东大学齐鲁交通学院教授姚占勇团队在道路工程智能感知新材料与监测技术研究方面取得新进展,相关成果发表在工程技术与化学化工领域最有影响力的三大顶级刊物之一《化学工程杂志》。

自感知纳米复合机敏传感器因耐久性良好、刚度可调可控等优势受到道路工程监测等领域的广泛关注,而其灵敏度、信号稳定性等仍受到内部纳米导电填料均匀分散的限制。因此,如何改善纳米填料的强团聚效应、提高其在聚合物基体中的分散有序性是高性能机敏传感器研发过程中亟待解决的问题。

该研究提出了基于微球自组装阵列和共价修饰的定向三维导电网络构建策略。研究团队通过酰胺化反应将碳纳米管共价组装在聚苯乙烯微球表面,并借助微球的有序自排布效应同步实现纳米填料有序分散,从而构建了3D导电网络定向体系。研究团队探析了机敏材料渗滤效应传感机理并验证了微小应变高精度感知的可靠性。

结果表明,研发的机敏材料在灵敏度、感知范围、响应速度和耐久性等方面均具有出色的表现,能够实现交通量、车速和轴数等重要交通信息的准确、实时、稳定获取。该技术为高精度机敏传感器研发提供了新的思路和方法,并有望为结构健康监测开辟新的途径。

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 基于微球自组装阵列和共价修饰的定向三维导电网络  山东大学供图

道路的智慧化是智慧交通的重要发展方向之一。在道路工程全寿命周期内,准确掌握沥青路面的性能、工作状态、交通信息,需要路面具备主动感知、自动解析、自主适应、动态交互、持续供能的智能化设施。

据介绍,国内外已有的路面结构层力学检测传感器主要为科研级技术,成本高昂,难以在工程中大规模应用。因此,技术可靠、成本低廉、可用于路面结构全寿命感知的传感器及其监测技术成为了道路工程领域开展路面设计、技术管理、养护维修决策的技术瓶颈。

基于这些行业技术难题,姚占勇团队提出了基于复合机敏材料的新型监测传感技术体系。经十余年技术攻关,团队成功自主研发了系列基于复合机敏传感技术的道路监测传感元器件,构建了道路长期性能智能监测系统,实现了道路工程多物理场服役状态参数的实时感知和安全预警,并基于大数据分析,为智慧道路开展健康监测等信息综合调控提供数据,支撑了智慧交通基础设施发展。

研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金面上项目、山东省交通科技计划项目、济南市科研带头人工作室“道路智能监测与感知及智慧化应用研究” 等经费的支持,同时得到了山东高速集团、山东省交通规划设计院、山东省交通科学研究院等单位的合作支持。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143564


 
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