纳米智能材料与结构监测应用技术

本书着重介绍纳米智能材料发展状况、结构健康监测组成特点，不同纳米材料分散稳定工艺及性能评价方法，面向各类结构监测的压阻、压电及压阻压电复合型纳米智能块材（薄膜）不同制备、合成工艺，探讨混杂纳米导电填料对纳米智能块材（薄膜）力-电传感特性的影响，通过实验研究与有限元仿真分析系统研究纳米智能块材（薄膜）力-电传感智能特性及对各类结构健康监测效能，并尝试分析了基于纳米智能材料的海工结构智能阴极防护与自监测性能。 本书可供从事纳米智能材料与结构监测研发、生产单位以及先进工程监测系统开发企业工程技术人员阅读参考，也可以作为高等院校土木工程、防灾减灾与防护工程、材料科学与工程、纳米材料工程专业的本科生和研究生教学与参考用书。

第1章 绪论 1.1 结构健康监测意义与技术研究现状 1.1.1 结构健康监测意义 1.1.2 结构健康监测技术研究现状 1.1.3 面向结构健康监测的传感器（俘能器）研究 1.2 智能感知材料发展概况 1.3 智能本征感知块材的发展概况 1.3.1 混凝土基智能本征感知块材 1.3.2 陶瓷基智能本征感知块材 1.4 智能感知柔性薄膜的发展概况 1.5 面向结构监测的纳米智能材料研究 1.5.1 纳米材料特性 1.5.2 纳米材料分散方法 1.5.3 面向结构监测的纳米智能材料 1.5.4 面向结构监测的纳米智能材料优势和挑战 本章参考义献 第2章 纳米导电填料在水性体系分散性能研究 2.1 引言 2.2 表面活性剂槽式超声法对纳米导电填料在水中分散性能研究 2.2.1 原材料与试验仪器 2.2.2 纳米导电填料悬浮液及分散效果表征方法 2.2.3 分散效果及结果讨论 2.3 共价修饰法对纳米导电填料分散性能研究 2.3.1 强酸氧化共价修饰法 2.3.2 氨基化共价修饰法 2.3.3 Fenton/UV氧化共价修饰法 2.4 电场诱导法对纳米导电填料分散性研究 2.4.1 原材料与试验仪器 2.4.2 分散过程与试验结果 2.5 SAA探头式超声分散及高速匀浆法对纳米导电填料分散性能研究 2.5.1 原材料与仪器 2.5.2 纳米导电填料水分散液制备及表征方法 2.5.3 结果与讨论 本章参考文献 第3章 压阻型纳米水泥基智能块材及结构监测技术 3.1 引言 3.2 纳米炭黑水泥基智能块材制备及对结构监测性能研究 3.2.1 纳米炭黑水泥基智能块材制备 3.2.2 纳米炭黑水泥基智能块材（CCN）电学性能 3.3 碳纳米管水泥基智能块材制备及对结构监测性能研究 3.3.1 MCNT水泥基智能块材制备 3.3.2 湿含量对MCNT水泥基智能块材电阻性能的影响 3.3.3 温度对MCNT水泥基智能块材电阻性能的影响 3.3.4 MCNT水泥基智能块材DCI-V与AC阻抗特性 3.3.5 MCNT水泥基智能块材的电学渗滤阈值 3.3.6 MCNT水泥基智能块材对结构监测性能 3.4 微/纳米导电混杂填料水泥基智能块材制备及结构监测研究 本章参考文献 第4章 压阻型纳米智能薄膜及结构监测技术 4.1 引言 4.2 丝网印刷法制备MCNT纳米智能薄膜 4.2.1 原材料与试验仪器 4.2.2 MCNT纳米智能薄膜的制备 4.3 基于丝网印刷压阻型MCNT纳米智能薄膜电学性能及结构监测性能 4.3.1 渗流阈值 4.3.2 DC电流-电压特性 4.3.3 丝网印刷MCNT纳米智能薄膜压阻传感特性 4.4 基于层层自组装技术制备压阻型MCNT纳米智能薄膜研究 4.4.1 原材料与试验仪器 4.4.2 层层自组装MCNT薄膜的制备过程 4.5 自组装压阻型纳米智能薄膜透光率及微观形貌 4.5.1 薄膜的组装层数对MCNT薄膜透光性能的影响 4.5.2 薄膜的层数对MCNT薄膜微观性能的影响 4.6 不同加载状态下MCNT自组装薄膜的智能压阻感知性能 4.6.1 拉伸和压缩状态下MCNT组装膜电阻性能 4.6.2 加载速度对电阻相对变化率的影响 4.6.3 温度对MCNT组装膜电阻性能的影响 4.6.4 湿度对MCNT组装膜电阻性能的影响 4.6.5 压阻智能效应产生机制 4.7 MCNT组装膜压阻传感器特性 4.7.1 MCNT组装膜传感器的灵敏度 4.7.2 MCNT组装膜应变传感器的线性度 4.7.3 MCNT组装膜传感器的滞后性 4.7.4 MCNT组装膜传感器的重复性 4.8 本章小结 本章参考文献 第5章 压电型纳米水泥基智能块材及结构监测研究 5.1 引言 5.2 PZT/ChF/PCM制备及性能研究 5.2.1 试验原料和仪器设备 5.2.2 PZT/ChF/PCM制备工艺 5.2.3 PZT/ChF/PCM性能测试结果分析 5.3 PcM对结构监测性能研究 5.3.1 压电型纳米水泥基智能传感器的制备材料及设备 5.3.2 压电型纳米水泥基智能传感器的制备工艺 5.3.3 PCM对结构监测性能测试结果分析 本章参考文献 第6章 压电型纳米水泥基智能块材及传感性能仿真研究 6.1 引言 6.2 PCM本构模型构建 6.2.1 ANSYS分析的矩阵参数输入 6.2.2 PCM矩阵系数的确定 6.3 PCM压电驱动性能分析 6.3.1 PCM静力分析 6.3.2 PCM模态分析 6.3.3 PCM谐响应分析 6.3.4 PCM瞬态动力分析 6.4 PCM传感性能仿真研究 6.4.1 PCM传感性能静力分析 6.4.2 PCM传感性能模态分析 6.5 本章小结 本章参考文献 第7章 压阻/压电复合型纳米水泥基智能块材及结构监测研究 7.1 引言 7.2 压阻/压电复合型纳米水泥基智能块材制备工艺研究 7.2.1 PZT压电陶瓷微纳米粉体的合成制备 7.2.2 CNT悬浮分散液的制备及表征 7.2.3 CNT/PZT压阻压电复合型水泥基智能块材的制备及性能 7.3 压阻/压电复合型纳米水泥基智能块材对结构全频域监测性能研究