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近日，山東大學齊魯交通學院教授姚占勇團隊在道路工程智能感知新材料與監測技術研究方面取得新進展，相關成果發表在工程技術與化學化工領域最有影響力的三大頂級刊物之一《化學工程雜志》。
自感知納米復合機敏傳感器因耐久性良好、剛度可調可控等優勢受到道路工程監測等領域的廣泛關注，而其靈敏度、信號穩定性等仍受到內部納米導電填料均勻分散的限制。因此，如何改善納米填料的強團聚效應、提高其在聚合物基體中的分散有序性是高性能機敏傳感器研發過程中亟待解決的問題。
該研究提出了基于微球自組裝陣列和共價修飾的定向三維導電網絡構建策略。研究團隊通過酰胺化反應將碳納米管共價組裝在聚苯乙烯微球表面，并借助微球的有序自排布效應同步實現納米填料有序分散，從而構建了3D導電網絡定向體系。研究團隊探析了機敏材料滲濾效應傳感機理并驗證了微小應變高精度感知的可靠性。
結果表明，研發的機敏材料在靈敏度、感知范圍、響應速度和耐久性等方面均具有出色的表現，能夠實現交通量、車速和軸數等重要交通信息的準確、實時、穩定獲取。該技術為高精度機敏傳感器研發提供了新的思路和方法，并有望為結構健康監測開辟新的途徑。
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基于微球自組裝陣列和共價修飾的定向三維導電網絡 山東大學供圖
道路的智慧化是智慧交通的重要發展方向之一。在道路工程全壽命周期內，準確掌握瀝青路面的性能、工作狀態、交通信息，需要路面具備主動感知、自動解析、自主適應、動態交互、持續供能的智能化設施。據介紹，國內外已有的路面結構層力學檢測傳感器主要為科研級技術，成本高昂，難以在工程中大規模應用。因此，技術可靠、成本低廉、可用于路面結構全壽命感知的傳感器及其監測技術成為了道路工程領域開展路面設計、技術管理、養護維修決策的技術瓶頸。
基于這些行業技術難題，姚占勇團隊提出了基于復合機敏材料的新型監測傳感技術體系。經十余年技術攻關，團隊成功自主研發了系列基于復合機敏傳感技術的道路監測傳感元器件，構建了道路長期性能智能監測系統，實現了道路工程多物理場服役狀態參數的實時感知和安全預警，并基于大數據分析，為智慧道路開展健康監測等信息綜合調控提供數據，支撐了智慧交通基礎設施發展。
研究工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金面上項目、山東省交通科技計劃項目、濟南市科研帶頭人工作室“道路智能監測與感知及智慧化應用研究” 等經費的支持，同時得到了山東高速集團、山東省交通規劃設計院、山東省交通科學研究院等單位的合作支持。