姚占勇教授团队在道路工程智能感知新材料与监测技术领域取得新进展-山东大学齐鲁交通学院

新闻公告

当前位置：首页 -> 新闻公告 -> 正文

姚占勇教授团队在道路工程智能感知新材料与监测技术领域取得新进展

信息来源：发布日期：2023-05-27 浏览量：

近日，山东大学齐鲁交通学院姚占勇教授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，成果以“Robust Orientation-3D Conductive Network enabled High-Performance Flexible Sensor for Traffic Monitoring: Role of Surface Functionalization on Self-Assembled Microspheres Arrays”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（1区TOP期刊, IF:16.744），山东大学博士研究生苏林萍为第一作者，梁明研究员和姚占勇教授为通讯作者。

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。

针对上述难题，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。其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；文章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。

图基于微球自组装阵列和共价修饰的定向三维导电网络

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。而沥青混凝土路面重型碾压以及服役时路面交通荷载、高低温循环以及雨雪作用等的复杂工作环境，导致传统的应变传感器在沥青路面结构中难以存活，存在成活率低、材料兼容性差、耐久性差、工作寿命严重低于道路设计寿命等关键技术问题。而国内、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。

基于以上行业技术难题，姚占勇教授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10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。在该研究方向，团队在《Chemical Engineering Journal》（工程技术与化学、材料领域最有影响力的三大顶级学术期刊之一）、《IEEE Sensors Journal》（测控与传感领域权威期刊）、《Construction and Buildings Materials》(土建工程权威期刊)、《Sensors》（传感器及传感技术专业期刊）等学术期刊累计发表论文30余篇，授权国际专利4项，发明专利20余项。研究成果已在G151曲阜-平邑段、青兰高速泰安至莱芜段、济南先行区黄河大道等新建、大修工程中试验应用，并在山东省首条新建智慧高速公路—济南至潍坊高速公路工程中示范应用。

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。