山东大学材料学院无机非金属材料研究所龚红宇

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姓名 龚红宇
出生年月1970年7月
性别 女
学历 博士
专业技术职务 教授
学术团体兼职
中国硅酸盐学会测试技术分会理事

学习和工作经历
1992年毕业于山东大学化学系，获理学学士。1992年至1994年在山东省科学院工作。1997年于南京化工大学材料科学与工程系毕业，获工学硕士。同年进入山东大学工作至今。2001年于山东大学材料科学与工程学院获工学博士学位。2003年至2004年在香港科技大学做博士后研究工作，2005年在香港科技大学做访问学者。2010年被评为教授，2015年被聘为博导。2012年至2013年，2016年初在美国中佛罗里达大学做访问学者。
研究领域介绍
学科专业：无机非金属材料学
研究方向：聚合物前驱体陶瓷、纳米复合材料、材料的电磁性能、高温结构陶瓷等。
讲授的专业课程：材料科学基础、先进陶瓷材料（英）

取得科研成果情况
主持国家自然科学基金等项目。获得国家发明专利20余项。获得山东省科技进步二等奖1项（2013年，第3位），山东省科技发明二等奖1项（2010年，第2位）。在Journal of the European Ceramic Society、Composites Science and Technology 、Ceramics    International，Materials Research Bulletin等杂志发表论文30余篇。  
承担科研项目情况
1、国家自然科学基金（第1位）“具有“双负”性能的纳米金属/SiC/Si3N4多孔陶瓷复合材料的研究”，2015年
2、山东省自然科学基金（第1位）“纳米金属和纳米碳共负载多孔氮化硅陶瓷性能研究”，2015年
3、山东大学与淄博硅元素泰晟陶瓷新材料有限公司产学研战略合作项目（第1位），2015年
4、国家自然科学基金（第1位），纳米压电陶瓷水泥基复合材料微观结构及压电机理研究，2009年
5、山东省自然科学基金（第1位），纳米压电陶瓷水泥基复合材料及其结构，2009年

联系方式
电话：13969039847
联系地址
山东济南经十路17923号，山东大学材料科学与工程学院无机非金属材料研究所，250061                           
电子邮箱
hygong@sdu.edu.cn      

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关于“水泥基压电复合材料频率响应规律及作用机制”申报高等学校自然科学奖励的公示

根据山东省和山东大学的有关规定，现将龚红宇老师与深圳大学联合申报2018年高等学校自然科学奖的有关材料进行公示。

公示时间：2018年7月11日—2018年7月15日

公示联系人：

山东大学科学技术研究院成果与综合办公室

联系人：周敬馨

联系电话：88369965

邮箱：[url=]kjccgk@sdu.edu.cn[/url]

地址：山东大学中心校区明德楼C座411

如有异议，请以真实身份反映。

山东大学材料科学与工程学院

水泥基压电复合材料频率响应规律及作用机制

公示材料

一、项目名称

水泥基压电复合材料频率响应规律及作用机制

二、项目简介

高铁、桥梁、岛礁等重大混凝土基础设施，不可避免地受到环境荷载、疲劳及材料老化等多重因素的不利影响，进而导致结构损伤、抗力衰减乃至灾难性事故。及时准确地获取混凝土工程的劣化信息，对于有效评估和保障其服役性能，具有重要的社会经济意义。

通过预置传感器形成的混凝土结构智能化，可实现重大基础设施的实时监测和状态预报，是解决土木工程的安全性、耐久性和自适应性有效途径之一。但是，目前常用的传感器多从其他领域直接移植而来，与混凝土材料之间存在明显的不相容性；而水泥基压电复合材料因与混凝土具有力学性能相似、变形行为一致等优点，被认为是解决前述材料不相容性的潜在方案之一，受到国内外建筑材料专家学者的广泛关注。然而，水泥基压电复合材料具有压电、热电、铁电等多种作用，展现出显著的频率响应特征，使得其对混凝土结构的劣化信息提取过程变得尤为复杂，严重阻滞了此类新型材料的设计方法与技术应用。因此，水泥基压电复合材料信息产生及传输特性的研究成为国际上尚待解决的热点和难点问题。本项目基于大量的实验研究和模型计算，合理揭示水泥基压电复合材料构效关系及影响规律，深入阐析其频率响应特性及其影响机制，最终形成此类新型复合材料的设计思想。

三、客观评价

(1) 中国科学院院士、山东大学蒋民华教授在<Current Applied Physics>9(2009)：816-819论文中正面评价我们在水泥基压电复合材料微观结构及其性能方面的研究成果，特别指出：水泥基压电复合材料受到众多关注根源于其优异的压电性能和独特的界面特性（“Cement based piezoelectric composite is gaining more and moreattention because of its superior piezoelectric properties and good interfacematching with concrete”）；国家自然科学基金杰出青年基金获得者、浙江大学陈伟球教授在<Composites Science and Technology>104(2014):183-189论文中亦给出了相同的评价：水泥基压电复合材料优异的传感特性取决于其压电材料体积分量、颗粒形貌和微观极化电场分布等多个方面（“...The overall properties of PZT-cement composites, which arecrucial to the transducer performance, generally depend on the physicalproperties of each constituent, the volume fraction and geometry of PZTparticles, as well as the level of electric polarization.”）。

(2) 泰国清迈大学A.Chaipanich教授课题组在<Ferroelectrics Letters>38（2011）:18-23、<CeramicsInternational> 40 (2014)：8723-8728等多篇论文中引用我们提出的水泥基压电复合材料性能计算公式，并设计了多种新型复合材料验证其合理性（“For the cube model, it takes into account the anisotropicdistribution of cubes in x, y, and z directions, which based on fundamentalprincipal of the physical mixing and it is clear that the experimental resultsare close to the theoretical value of the cubes models, which means that theceramic particles in the composites are well-dispersed”）；其课题组在<CeramicsInternational>44(2018):2661-2667论文中采用我们进一步采用我们提出的水泥基压电复合材料相对介电常数公式展开计算，并通过实验研究验证了计算公式的合理性（“The theoretical equations of the parallel model, series model andcube model for the d33 values could be denoted as follows...”）。

(3) 美国新泽西州立大学Rutgers分校K.A.Cook-Chennault教授在<Ceramics International> 41 (2015)：819-833论文中对我们提出的水泥基压电复合材料电偶极矩跨尺度模型机器及其因素进行了专门论述 (“Dong et al.（2007）examined…and poling saturation of piezoelectric cement bulk composites andfound that voltage values required to achieve polarization saturation increasedwith sample thickness…”)。

(4) 台湾高雄大学Huang Hsing Pan教授课题组在<Cement and Concrete Composites>72(2016)：1-8、采用我们提出的水泥基压电复合材料相对介电常数公式展开计算，并将我们的结果作为他们实验的印证依据（“The relative dielectric constant εr depending on thecapacitance, the specimen thickness, the permittivity of the free spaceconstant ε0 and the electrode area can be calculated by Ref. [29]. …close toprevious reports studying 50% PZT [29]”）；其在<Constructionand Building Materials>129(2016):140-147论文中进一步引用我们提出的公式进行分析。济南大学程新教授在<Smart Mater.Struct>13(2004):270-274论文中利用我们提出的方法对比研究了水泥基压电复合材料与高分子压电复合材料的压电参数和机电耦合系数，验证了前者材料性能的优异性（“...the 0-3 cement-based piezoelectric composite has a slightlyhigher piezoelectric factor and electromechanical coefficient than those of 0-3PZT/polymer composites with a similar content of PZT particles. Thus, they areadequate for sensor application and show potential for the application ofcement-based piezoelectric composites in civil engineering.”）。清华大学QingfengYan教授课题组在<J Mater Sci:Mater Electron>26(2015):6427–6433论文中采用我们提出的模型作为其实验结果的分析依据（“…Based on the modified cube model proposed…the decreasein dielectric constant of composites could be caused by the phase transition inthe reinforcement piezoelectric ceramic.”）。

一、主要完成人情况

1、董必钦，深圳大学，教授。针对混凝土结构智能化的关键材料问题，形成了水泥基压电智能复合材料的系统研究思路。揭示了水泥基压电复合材料位阻效应及影响规律；提出了水泥基压电复合材料性能计算方法，为该复合材料的设计与性能优化提供了理论依据；建立了水泥基压电复合材料电偶极矩跨尺度模型及一阶分布方程表达；系统探讨了不同压电陶瓷材料、不同掺量、不同制备工艺对水泥基压电复合材料的频率响应特性及其影响规律；揭示了机电耦合作用下水泥基压电复合材料基频共振效应及其形成机制；形成了水泥基压电智能复合材料设计与技术应用的基本思路。为第1，2，3，5，6，9篇代表性论文的作者。在该项研究中的工作量占本人工作总量的65%。

2、李宗津，香港科技大学，教授。提出宽频扫描与倍频分离技术，有效表征了水泥基压电复合材料的频率响应特性及其影响规律，揭示了机电耦合作用下水泥基压电复合材料基频共振效应及其形成机制。提出复参数等效电学模型，有效解决了经典等效电学模型在基频共振区理论计算电学参数不收敛的难题，成功获得水泥基压电材料弹性模量、介电常数、声阻抗等多个关键参数;进一步通过实验测试与模型计算相结合方式，建立了此类复合材料性能指标和电学参数之间对应关系。为1，2，3，4，5，6，7，8，10篇代表性论文的作者。在该项研究中的工作量占本人工作总量的50%。

3、邢锋，深圳大学，教授。针对常规的有机和金属传感系统在滨海腐蚀环境的长程劣化作用下首先失效，致使无法获取完整的传感信号或不能提取宿主结构的真实状况；提出了水泥基压电复合材料设计优化的思路和方法；拓展了传统水泥材料的应用领域，丰富并完善了压电复合材料的基础研究与应用技术理论，实现了腐蚀环境下滨海混凝土性能长程劣化信息提取和评估的新方法和新技术。为第5，6，9篇代表性论文的作者。在该项研究中的工作量占本人工作总量的50%。

4、张东，同济大学，教授。开发了0-3型水泥基压电智能复合材料和2-2型水泥基压电智能复合材料，研究了相关的传感和驱动性能；阐析了制备工艺、极化参数、材料组分等对水泥基压电复合材料性能的影响规律；建立了完整的技术实现方法，解决了水泥基压电复合材料不易极化的难题；获得了与混凝土材料界面完全相容、材料性能高度匹配的新型传感材料。为第3，4，7篇代表性论文的作者。在该项研究中的工作量占本人工作总量的40%。

5、秦磊，济南大学，副教授。构建了高耐久性，高灵敏度，宽频响范围的内置式水泥基压电传感系统；形成了可应用于众多大型结构的关键部位内部损伤、动态应力在线监测的技术路线；形成了可应用于对桥梁和交通干道上的车流、车速及车重的监控方案；探明了水泥基压电传感系统在混凝土结构智能化应用中的工作状态，掌握了水泥基压电传感系统的作用机理与影响规律。为第8，9篇代表性论文的作者。在该项研究中的工作量占本人工作总量的40%。

6、龚红宇，山东大学，教授。系统研究了压电功能相性能、形貌及其在水泥基体中的分散特性；理论与实验分析了压电相与基体相界面结合性等对复合材料压电和介电性能的影响；优化了复合材料的制备工艺；利用导电相复掺原理提高了水泥基复合材料的极化效率；研究并揭示了水泥基压电复合材料的压电机理，为高性能水泥基压电复合材料的制备与应用提供了科学的依据。为第10篇代表性论文的作者。在该项研究中的工作量占本人工作总量的40%。