力致荧光传感技术在复合材料结构健康检测中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11802077
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0808.多场耦合与智能结构力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Composite materials have the advantages of high strength and light weight, being widely used in aerospace, automotive, medical, etc. However, due to their complex structure, conventional detection methods cannot achieve real-time monitoring of damage and failure in composites structures. Mechanoluminescence refers to a phenomenon that a solid emits light emission under mechanical activation. This effect could convert mechanical energy into a sensitive optical signal, acting as a bridge linking the microscopic molecular level and macroscopic material properties. It is expected to be used in the development of high-sensitivity structural health monitoring technologies and plays an important role in the detection of structure damage detection and failure mechanisms. The project includes the following parts: (1) Systematic study of the synthesis conditions for the preparation of mechanical responsive phosphors EuD4TEA and SrAl2O4: Eu2+ to improve luminescent properties; (2) The in-depth development of force-induced fluorescence theoretical models and establishment of the relationship between luminescent performance and structure; (3) Fabrication of epoxy and phosphor powder compositing coating with stress-sensing capability using spray curing technology, and adjustment of the elasticity and tensile strength of composite surface to optimize sensitivity. Examination of fluorescence under the mechanical action (Three-point bending, reciprocating stretching, quasi-static compression) using the spectrometer and high-speed camera, and investigation of the relationship between the fluorescence intensity and the loading force / mechanical strain energy / strain. (4) Model building with ABAQUS finite element analysis for composite structures, validating the pressure sensitive properties of mechanoluminescent coating; (5) Development of a distributed detection system with force-induced fluorescent particles and optical fibers, which are embedded uniformly in carbon/glass fiber based composite materials. Photomultiplier tubes (PMT) are used to detect the optical signal to monitor the interface delamination and matrix crack damage of the composite materials. The accuracy, response speed, and sensitivity of the detection technology are verified on composite components and assembly for aerospace and the influence of the embedded detection system on mechanical properties of composites is evaluated.
复合材料由于结构复杂,常规检测手段无法实现损伤信息实时监测。力致荧光是在机械作用下固体产生荧光的现象,该效应将机械能转换成灵敏的光信号,是连接微观分子水平与宏观材料性能的桥梁,有望用于发展高灵敏度的结构健康监测技术,在结构损伤探测与失效机理研究方面发挥重要作用。本项目包括:(1)改进荧光粉EuD4TEA及SrAl2O4:Eu2+的合成工艺,提高力致发光性能;(2)深入发展力致荧光理论模型;(3)环氧聚合物和荧光粉共混液喷涂固化在复合材料表面,调控弹性模量及拉伸强度,采用光谱仪和高速摄像机获取在机械作用(三点弯曲,往复拉伸,准静态压缩)下的荧光释放,建立荧光强度和加载力/机械应变能/应变的关系;(4)运用ABAQUS有限元分析,与实验结果对比,论证力致荧光型压感涂层的精确度;(5)开发力致荧光+光纤+光信号探测以及力致荧光+光伏传感+电信号探测的复合分布式结构健康监测系统。

结项摘要

力致荧光/变色是指在机械力(变形、力致、碰撞、振动等)作用下材料产生光释放或者颜色变化的现象。本项目合成了具有力致变色功能的自感知形状记忆聚氨酯薄膜,改善了物理填充分散不均匀,易结晶析出的问题,制备的螺吡喃接枝聚氨酯材料在应力传感器、损伤预警等方面具有潜在的应用价值。优化了机械荧光环氧聚合物的合成工艺研究及力学响应功能,利用形状记忆高分子的变刚度特性,用于不同形状构件的结构健康监测,建立了机械发光强度和分布与荧光粉含量和负载条件的关系。开发基于力致荧光+光纤+光检测器以的结构健康监测传感系统,实时监测动态应力变化,对应力集中具有很高的敏感性,能有效识别冲击等载荷作用。开展形状记忆大变形复合结构的有限元模拟,验证制力致荧光/变色无损监测技术的识别可靠性。. 本项目通过分子改性,提高力致荧光粉在不同温度湿度下的稳定性差的问题。本项目深入讨论机械力诱导荧光的普遍性发光机理,通过预固化环氧,增加溶液粘度等一系列手段,提高粒子在聚合物中的均匀分散度。本项目采用大直径分布式聚合物光纤,通过间隔刻蚀外层,提高信号噪声比,解决荧光信号不稳定信号采集效率低,采集难的问题,实现高效无损伤的结构内部健康监测。优化机械荧光环氧涂层技术,提高涂层在复合材料结构表面的结合力,解决了形状记聚合物及复合结构的应力分布可视化的难题。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
生物活性聚合物及其复合材料在骨组织工程中的应用进展
  • DOI:
    10.11918/202007079
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    《哈尔滨工业大学学报》
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑威;董学明;何阳;刘彦菊;冷劲松
  • 通讯作者:
    冷劲松
Synthesis and Properties of Electrodeposited Ni–Co/WS2 Nanocomposite Coatings
电沉积Ni-Co/WS2纳米复合涂层的合成与性能
  • DOI:
    10.3390/coatings9020148
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Coatings
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    何阳;Shuncai Wang;孙琬婷;Philippa A.S. Reed;Frank C. Walsh
  • 通讯作者:
    Frank C. Walsh
Smart Shape Memory Polyurethane with Photochromism and Mechanochromism Properties
具有光致变色和机械致变色特性的智能形状记忆聚氨酯
  • DOI:
    10.1002/mame.202100778
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Macromolecular Materials and Engineering
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    王晓飞;何阳;冷劲松
  • 通讯作者:
    冷劲松
Synthesize of monodisperse SnCo nanoparticles in triethylene glycol and its carbon composites for advanced lithium-ion batteries
三甘醇中单分散 SnCo 纳米颗粒的合成及其用于先进锂离子电池的碳复合材料
  • DOI:
    10.1142/s1793604720500381
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Functional Materials Letter
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何阳;孙琬婷
  • 通讯作者:
    孙琬婷
Review: Recent Progress on Poly(ether ether ketone) and Its Composites for Biomedical, Machinery, Energy and Aerospace Applications
综述:聚醚醚酮及其复合材料在生物医学、机械、能源和航空航天领域的应用最新进展
  • DOI:
    10.11916/j.issn.1005-9113.2020020
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Journal of Harbin Institute of Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨帅;何阳;刘彦菊;冷劲松
  • 通讯作者:
    冷劲松

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其他文献

高效介孔Co3O4/CeO2-Al2O3 低温催化氧化甲醛性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    当代化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王凡;魏书晗;周学凤;贺路路;刘彦雄;庞凡爵;赵文;陈立威;何阳;马颖;庞鹏辉;卢素红
  • 通讯作者:
    卢素红
双线考评机制院:技术赋能下基层政府绩效评估新途径
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    理论与改革
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何阳;高小平
  • 通讯作者:
    高小平
宫颈癌放疗中患者体型改变的特征量与摆位误差的关联
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国医学物理学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雷金艳;何阳;罗焕丽;颜廷璨;李建锋;彭海燕;靳富
  • 通讯作者:
    靳富
放疗中皮肤弹性与摆位误差随年龄变化的相关性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中华放射肿瘤学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何阳;雷金艳;彭海燕;罗焕丽;毛开金;王登彦;彭立锋;朱羿羽;闵庆宏;王雪纯;唐欢;肖鹏;肖强;王颖;靳富
  • 通讯作者:
    靳富
炎症因子与抑郁症的关联及其可能机制
  • DOI:
    10.3760/cma.j.cn112150-20210111-00026
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中华预防医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何阳;陈珊珊;苏普玉
  • 通讯作者:
    苏普玉

其他文献

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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

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          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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