基于光纤多参量传感和中空纤维自修复的聚合物智能复合材料研究

结合光纤多参量传感技术和中空纤维自修复技术，研究一种具有自监测和自修复功能的聚合物基高智能性复合材料。材料固化前在其中埋入光纤布喇格光栅,并埋入储有修复剂和固化剂的中空纤维。利用光纤光栅同时传感测量多个点的状态参量（温度、应变等），实现材料制备和使用过程中（包括自修复后）其性能和构件健康状态的实时监测。当材料内部出现微裂纹等损伤时，中空纤维破裂并释放修复剂和固化剂,两者发生反应以填补和修复裂纹，避免裂纹扩展和更大程度损坏。通过对光纤光栅多参量传感及其信号解调技术、中空纤维的工作参数（外直径、空芯直径、排布间距等）和修复性能之间相互关系的理论探讨和实验研究，建立理论模型和实验装置，获得有意义的实验成果。该研究是材料科学和信息科学交叉领域的一个创新研究，此学科交叉研究会带来很多有价值的研究课题。通过该研究可提高材料的智能性、安全性及可靠性，对于航空航天、国防、建筑等领域有着很好的应用前景。

本项目完成了具有自监测和自修复功能的智能型复合材料的研究，研究基本按原计划进行。首先，为了实现复合材料结构的自监测智能性，完成了光纤多参量传感及相关信号解调技术的研究，包括：1）.完成多个点多个参量实时传感技术及多波长信号实时解调技术的理论分析和实验研究，实现了多个波长传感信号由一个光纤元件解调的低成本、实时解调技术。2）. 研究了并联二次反射匹配光纤光栅解调技术，理论与实验研究结果表明，并联二次反射匹配光栅可实现较好的光纤布喇格传感光栅中心波长的线性解调，且具有较大的动态解调范围。3）. 通过利用埋入复合材料结构的啁啾光栅、保偏光纤光栅等特种光纤光栅实现温度和应变实时传感的相关理论原理及技术的研究，并完成了相应的波长信号解调原理和实用化技术的研究。其次，完成了复合材料结构自修复性能的研究，做了如下工作：1）.初步研究了埋入自修复元件（中空纤维或微胶囊）的复合材料的自修复性能，通过合理设计修复元件参量（壁材、壁厚、排布方式等），实现了复合材料结构一定的自修复功能，这在复合材料结构力学性能的增强上得到证明。关于自修复性能的这部分研究工作目前正在进行中，有待进一步深入研究。2）.深入研究了微胶囊修复元件粒径检测技术，这是基于微胶囊的粒径对于复合材料的修复性能至关重要以及微胶囊修复元件比中空纤维修复元件更易分散埋入复合材料。在项目基金的资助下，本课题组共发表与本项目研究相关的论文9篇（见附件1~9），在投的论文1篇（见附件10）；申请与本项目研究相关的专利7项（见附件11~17），其中已授权4项。部分论文在《Optics Communications》、《Optics and Lasers in Engineering》、《Journal of Optoelectronics and Advanced Materials》、《Advanced Materials Research》、《Sensor Review》等刊物发表。在该项目资助下，已培养硕士研究生4名，其中毕业两名（见附件18~19）。