高耦合水泥基压电复合监测材料及应用基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51632003
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    285.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0202.无机非金属基础材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Concrete is the most widely used materials in civil engineering field, however, there is still no effective monitoring materials and technology suitable for long-term monitoring of concrete engineering. This project mainly focuses on the key fabrication technique, properties control and application foundation research of the cement based piezoelectric composite monitoring materials on basis of the coupling mechanism between the composite monitoring material and concrete. The constitution of interface of the composite monitoring material will be designed to improved the coupling properties of the composite monitoring material, and the optimum modifying technique and structure of the interface will also be determined. The assembling pattern of the structural unit and distribution symmetry in space of the composite monitoring material will be improved to design and fabricate the novel cement based composite monitoring materials owing the location ability. The damage location mechanism will also be studied. The packaging materials of high strength, high insulativity and good corrosion resistance ability will be studied to improve the monitoring accuracy and stability as well the electrode fabrication technique suitable for cement based piezoelectric composite. The long term durability and reliability of the cement based piezoelectric composite monitoring sensor will be studied based on the mechanical-electrical-acoustic property investigation of cement based piezoelectric composite sensor under the coupling loading of multiple-field. Finally, the online monitoring system will be built based on the research of optimum layout of the sensors and relativity research between monitoring signal and concrete damage.
混凝土是土木工程领域用量最大的材料,因耦合问题,目前尚未有一种有效的智能材料能够实现对混凝土结构的长期有效监测。本项目通过材料组成设计、构造创新及模型构建,研发高耦合水泥基压电复合监测材料,探究其与混凝土的耦合作用机制,并进行制备技术、性能调控及工程应用基础研究。设计水泥基压电复合监测材料的界面改性组成体系,明确最佳的改性工艺及界面组成与结构,增强监测材料的耦合性能;通过改进结构单元的复合组装形式和空间分布对称性,设计并制备具有定位功能的水泥基压电复合监测材料,揭示其损伤定位机理;设计并制备高强、高绝缘、耐腐蚀的封装材料,找到适用于水泥基压电复合监测材料的电极制备技术,提高监测精度和稳定性;探明水泥基压电复合监测传感器在多场耦合载荷作用下的力-声-电性能变化规律,研究其耐久性和可靠性,最终通过传感器优化布设及监测信号和混凝土的损伤相关性研究,构建在线监测系统。

结项摘要

本项目针对混凝土结构安全监测需求,开展高耦合水泥基压电复合监测材料与器件的关键制备技术和应用基础研究。为提高压电陶瓷与基体的结合性,利用强酸对压电陶瓷进行表面粗化,确定了最佳的压电陶瓷粗化工艺参数为HNO3/HF=0.5、粗糙度1.5μm。为提高压电陶瓷与基体的界面耦合性,利用溶胶-凝胶法在压电陶瓷表面生长与水泥组成相似的硅、钙、钛系列薄膜,研究了反应温度、陈化温度、陈化时间和pH值等参数对其性能的影响,明确了各种类型薄膜的最佳制备工艺。采用切割-浇注与排列-浇注结合的方法制备了正交异性压电复合材料,研究了形状参数、并联个数、基体配合比等对其压电、机电及正交异性等性能的影响,在此基础上制备了正交异性压电传感器,对其平面信号响应及衰减性能研究表明,正交异性压电传感器具有较高的灵敏度和带宽,信号幅值曲线与信号电压曲线具有“余弦”变化趋势,正交异性特性明显。设计并制备了系列压电超声及声发射换能器,开展了钢筋机械损伤、锈蚀损伤及混凝土冻融损伤监测研究,钢筋锈蚀损伤超声监测结果表明,随着锈蚀时间的增加,超声表面波幅值逐渐减小,当锈蚀达到一定程度后出现明显的超声反射回波;基于声发射技术的混凝土冻融损伤监测结果表明,混凝土冻融损伤可分为四个阶段:即微裂纹萌芽期、微裂纹发展壮大期、微裂纹衰减期和微裂纹稳定期,通过最小二乘法建立了混凝土冻融损伤阶段内部裂纹发展的声发射评判方法,声发射源定位研究发现随着混凝土冻融次数的增加,冻融损伤声发射事件的出现频度减小。本项目探明了水泥压电复合材料与混凝土的力电声耦合作用规律、物理化学行为及智能感应特点,为土木工程结构健康监测奠定了材料、器件及工程应用理论基础,形成了具有我国自主知识产权的高耦合水泥基压电复合材料制备及工程应用技术体系,项目研究成果已成功应用于济南穿黄隧道、德国A4高速公路等健康监测工程,为重大土木工程结构安全服役提供了有力保障。

项目成果

期刊论文数量(33)
专著数量(2)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(18)
Piezo-photocatalytic Activity of Bi0.5Na0.5TiO3@TiO2 Composite Catalyst with Heterojunction for Degradation of Organic Dye Molecule
异质结Bi0.5Na0.5TiO3@TiO2复合催化剂压电光催化降解有机染料分子的活性
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.0c04700
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Xu Xingang;Lin Xiujuan;Yang Fanghui;Huang Shifeng;Cheng Xin
  • 通讯作者:
    Cheng Xin
LaCr1-xFexO3 (0<=x<=0.7): A novel NTC ceramic with high stability
LaCr1-xFexO3 (0<=x<=0.7):一种新型高稳定性NTC陶瓷
  • DOI:
    10.1016/j.jeurceramsoc.2020.05.081
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of the European Ceramic Society
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Guan Fang;Dang Ze-wei;Huang Shi-feng;Wang Jian-rong;Milisavljevic Iva;Carloni David;Cheng Xin;Wu Yi-quan
  • 通讯作者:
    Wu Yi-quan
Flexible Electronics Based on Micro/Nanostructured Paper.
基于微/纳米结构纸的柔性电子产品。
  • DOI:
    10.1002/adma.201801588
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Zhang Yan;Zhang Lina;Cui Kang;Ge Shenguang;Cheng Xin;Yan Mei;Yu Jinghua;Liu Hong
  • 通讯作者:
    Liu Hong
Flexible lead-free BFO-based dielectric capacitor with large energy density, superior thermal stability, and reliable bending endurance
柔性无铅 BFO 介电电容器具有高能量密度、优异的热稳定性和可靠的耐弯曲性
  • DOI:
    10.1016/j.jmat.2020.01.010
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Materiomics
  • 影响因子:
    9.4
  • 作者:
    Changhong Yang;Jin Qian;Panpan Lv;Haitao Wu;Xiujuan Lin;Kun Wang;Jun Ouyang;Shifeng Huang;Xin Cheng;Zhenxiang Cheng
  • 通讯作者:
    Zhenxiang Cheng
Preparation and properties of AlON powders
AlON粉体的制备及性能
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2017.09.200
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    CERAMICS INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Wang, Yingying;Li, Qinggang;Yi, Shanling
  • 通讯作者:
    Yi, Shanling

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其他文献

多能干细胞来源的胰岛细胞及其在糖尿病治疗中的应用
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1674-7445.2019.06.015
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    器官移植
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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NaNbO3@g-C3N4复合材料的可控构筑及其压电光催化性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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    高超民
不同压电陶瓷体积分数对 1-3-2 型压电复合材料性能的影响
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐东宇;郭丽丽;黄世峰;刘亚妹;程新
  • 通讯作者:
    程新
Monitoring of cement hydration reaction process based on ultrasonic technique of piezoelectric composite transducer
基于压电复合换能器超声技术的水泥水化反应过程监测
  • DOI:
    10.1016/j.conbuildmat.2012.02.094
  • 发表时间:
    2012-10
  • 期刊:
    Construction and Building Materials
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    徐东宇;黄世峰;秦磊;芦令超;程新
  • 通讯作者:
    程新
引气剂对水泥基材料电磁波反射率和透波率的影响[J]. 功能材料学报
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张国栋;董青;周宗辉;程新
  • 通讯作者:
    程新

其他文献

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程新的其他基金

第七届混凝土结构耐久性国际会议
  • 批准号:
    52142208
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    10 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
海洋环境混凝土结构耐久性原位监测及其机理研究
  • 批准号:
    51272090
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    85.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
    51072069
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
    50672032
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    29.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
含钡硫铝酸盐水泥混凝土结构与性能的研究
  • 批准号:
    50272024
  • 批准年份:
    2002
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
含钡硫铝酸盐水泥硬化体系及其耐久性的研究
  • 批准号:
    59972018
  • 批准年份:
    1999
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
含锶钡硫铝酸钙水泥水化体系构效关系的研究
  • 批准号:
    59672022
  • 批准年份:
    1996
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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