以電力設(shè)備和交通設(shè)施的材料耐久性發(fā)展理論為指導(dǎo)，充分利用本室在材料性能評(píng)價(jià)與分析的優(yōu)勢，從材料耐久性安全評(píng)估與工業(yè)分析監(jiān)測機(jī)理研究入手，將各種光、電、聲等傳感分析技術(shù)與新型半導(dǎo)體、金屬納米材料等結(jié)合在一起，發(fā)展了一些新型的用于電力設(shè)備和交通設(shè)施材料耐久性安全評(píng)估和監(jiān)測的新技術(shù)、新方法，為電力與交通等行業(yè)或工業(yè)領(lǐng)域的安全運(yùn)行提供了重要保障。而且，火力發(fā)電和公路沿線排放的環(huán)境污染物及路面瀝青材料暴曬下的揮發(fā)物，對(duì)人們生活環(huán)境和健康帶來嚴(yán)重影響，如導(dǎo)致呼吸道和皮膚感染及胸悶、頭痛等，甚至產(chǎn)生基因突變而形成皮膚癌、肺癌、胃癌等惡性腫瘤，危害人類安全和生存，因此對(duì)電力生產(chǎn)和交通運(yùn)行過程中出現(xiàn)的有害物質(zhì)進(jìn)行在線監(jiān)測、生化分析和環(huán)境安全評(píng)價(jià)顯得尤為重要。故本方向還結(jié)合納米材料技術(shù)和工業(yè)分析手段進(jìn)行了拓展，發(fā)展了電廠水質(zhì)監(jiān)測、電廠和公路沿線大氣污染物和重金屬的快速檢測新方法、與基于疾病診斷的致癌基因蛋白檢測的傳感芯片及相應(yīng)檢測裝置的研發(fā)，為提出合理的節(jié)能減排措施、造福人類做出了重要貢獻(xiàn)。
同時(shí)，由本重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭，聯(lián)合湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、益陽益華水產(chǎn)品有限公司、廣東溫氏食品集團(tuán)股份有限公司等高等院校及企事業(yè)單位建立了“微納生物傳感與安全檢測協(xié)同創(chuàng)新中心”，發(fā)展了一些有毒有害物質(zhì)和致癌基因檢測的微納生物傳感分析新方法，不僅有效地拓展了本研究方向在環(huán)境、生物和納米科學(xué)領(lǐng)域的廣泛交叉和深度研究，而且為發(fā)展一些新型的用于電力設(shè)備和交通設(shè)施材料耐久性安全評(píng)估和監(jiān)測的新技術(shù)、新方法提供重要的理論依據(jù)和應(yīng)用指導(dǎo)。
近年來，該方向主要開展了如下四個(gè)方面的工作：①交通設(shè)施監(jiān)測新方法，如橋梁健康監(jiān)測、公路路基和護(hù)坡土壤中水分和重金屬的快速檢測；②電力化學(xué)分析新技術(shù)，如變壓器油中溶解氣體的檢測和火電廠含硫、含氮物質(zhì)的監(jiān)測；③材料化學(xué)分析與關(guān)聯(lián)環(huán)境健康的安全評(píng)價(jià)新方法；④組建了“微納生物傳感與安全檢測協(xié)同創(chuàng)新中心”。該方向完成各類縱向科研項(xiàng)目17項(xiàng)，其中國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題“基于物聯(lián)網(wǎng)的小流域廢物流動(dòng)監(jiān)控體系研究”1項(xiàng)及國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目5項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)共267萬元，獲中國公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，獲國家專利59項(xiàng)，其中發(fā)明專利3項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文40篇，其中一區(qū)論文3篇。該方向研究人員參加國際國內(nèi)會(huì)議50余人次，并多次邀請(qǐng)國內(nèi)外相關(guān)專家來校做學(xué)術(shù)報(bào)告并聘請(qǐng)為客座教授。
近三年，本方向不僅針對(duì)電力設(shè)備和交通設(shè)施進(jìn)行材料耐久性安全評(píng)估和監(jiān)測研究，而且還對(duì)電廠和公路沿線排放的環(huán)境污染物及路面瀝青材料性狀進(jìn)行監(jiān)測和安全評(píng)估，尤其是對(duì)電力生產(chǎn)和交通運(yùn)行中危害人類健康和生存的有害物質(zhì)進(jìn)行跟蹤檢測和安全評(píng)價(jià)，包括導(dǎo)致相關(guān)疾病如致癌基因蛋白標(biāo)志物的分子生物學(xué)分析，不僅拓展了材料化學(xué)分析和監(jiān)測方向的交叉融合和研究領(lǐng)域的深度發(fā)展，有利于學(xué)院應(yīng)用化學(xué)學(xué)科的發(fā)展和建設(shè)，而且還促進(jìn)了電力生產(chǎn)和交通運(yùn)行的安全穩(wěn)定和環(huán)境保護(hù)，做到節(jié)能減排，造福人類。本方向取得的創(chuàng)新成果如下：
（一）接地網(wǎng)的安全評(píng)價(jià)與電化學(xué)診斷及變壓器油分析方法
電力接地網(wǎng)是發(fā)電、變電和送電系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障。隨著變電站容量的不斷擴(kuò)大，接地網(wǎng)安全運(yùn)行的要求越來越嚴(yán)格，對(duì)接地網(wǎng)的熱穩(wěn)定性的要求也就越高。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：
1）深入開展了接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估、電化學(xué)診斷及治理的研究。完成了5項(xiàng)電力公司項(xiàng)目，從整體上掌握了土壤腐蝕性等級(jí)，可以有效預(yù)測變電站接地網(wǎng)金屬的腐蝕特征，根據(jù)確定的接地網(wǎng)聯(lián)合保護(hù)途徑與設(shè)計(jì)方法，可以在各變電站推廣應(yīng)用，對(duì)于電網(wǎng)輸電、配電的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障電氣設(shè)備及人身安全意義重大，其研究成果對(duì)延長變電站的老接地網(wǎng)使用壽命，滿足新接地網(wǎng)防腐要求方面應(yīng)用前景廣闊。
完成的項(xiàng)目成果“接地網(wǎng)腐蝕狀態(tài)的電化學(xué)方法診斷”獲江西電力公司科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。
2）開展了快速測定變壓器油中抗氧化劑含量的電化學(xué)分析方法研究。深入研究了變壓器油T501抗氧化劑的電化學(xué)特性，建立了一種具有使用樣品量少、測定靈敏度高、檢測儀器簡單、可以采用實(shí)時(shí)及在線分析等優(yōu)點(diǎn)的電化學(xué)測量方法，不僅能確保了變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且為人們生活正常供電提供了保障。此外，新建立的該快速測量評(píng)估變壓器油抗氧化性能的電化學(xué)方法不僅可在廣西電網(wǎng)內(nèi)使用，也可推廣到整個(gè)南方電網(wǎng)公司，甚至是全國，其不但具有很大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，它所帶來的社會(huì)效益更是不可估量。
3）開展變壓器油中溶解氣體檢測方法和裝置的研究。變壓器油中溶解氣體分析是預(yù)報(bào)和診斷變壓器早期故障的一個(gè)有效方法，目前主要依靠氣相色譜法測定，由于操作環(huán)節(jié)多，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且難以及時(shí)在線反映變壓器油中所產(chǎn)生的特征氣體的變化，因而不適于對(duì)變壓器的品質(zhì)降低進(jìn)行早期預(yù)測和故障診斷，因此用于油中氣體監(jiān)測的簡便易行的電廠化學(xué)傳感分析新技術(shù)的發(fā)展顯得非常重要。通過利用新型功能載體化合物的合成與納米材料新技術(shù)，研究開發(fā)了變壓器油中CO、CO2、CH4氣體定性、定量識(shí)別、檢測的人工智能QCM傳感方法和檢測裝置，同時(shí)也用于環(huán)境污染物甲醛、甲酸等氣體的監(jiān)測，并獲得相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，對(duì)電力系統(tǒng)變壓器運(yùn)行的安全評(píng)價(jià)和環(huán)境監(jiān)測具有重要的基礎(chǔ)理論價(jià)值和實(shí)際意義。
（二）橋梁混凝土性能長期演變規(guī)律與跟蹤觀測技術(shù)
近20年來，交通設(shè)施如橋梁抗風(fēng)、抗震領(lǐng)域的研究成果以及新材料新工藝的開發(fā)推動(dòng)了大距度橋梁的發(fā)展；同時(shí)，隨著人們對(duì)大型交通設(shè)施--重要橋梁安全性、耐久性與正常使用功能的日漸關(guān)注，橋梁健康監(jiān)測的研究與監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。大型橋梁健康監(jiān)測力求對(duì)結(jié)構(gòu)整體行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評(píng)估。同時(shí)，對(duì)大跨度橋梁設(shè)計(jì)理論與力學(xué)模型的驗(yàn)證以及對(duì)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)環(huán)境中未知或不確定性問題的調(diào)查與研究也正融入橋梁健康監(jiān)測的內(nèi)涵。
橋梁健康監(jiān)測理論研究主要集中于結(jié)構(gòu)整體性評(píng)估和損傷識(shí)別。由于基于振動(dòng)信息的整體性評(píng)估技術(shù)在航天、機(jī)械等領(lǐng)域的深入研究和運(yùn)用，該技術(shù)被用于土木結(jié)構(gòu)中除無損檢測以外最重要的整體性評(píng)估方法并得到廣泛研究。結(jié)構(gòu)振動(dòng)信息可以在橋梁運(yùn)營過程中利用環(huán)境振動(dòng)法獲得，因此這一方法具有實(shí)時(shí)監(jiān)測的潛力和極大的應(yīng)用價(jià)值。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：
1）多因素復(fù)合作用下橋梁混凝土長期性能試驗(yàn)技術(shù)
通過對(duì)我國橋梁生存環(huán)境分析，提出了橋梁混凝土在長期使用過程中遭受的復(fù)合侵蝕因素作用形式，并通過多因素復(fù)合作用下的試驗(yàn)介質(zhì)和測試指標(biāo)試驗(yàn)驗(yàn)證和綜合分析，系統(tǒng)建立了氯鹽＋凍融循環(huán)、干濕循環(huán)＋硫酸鹽侵蝕、荷載＋干濕循環(huán)、荷載＋氯鹽＋凍融循環(huán)等多因素耦合作用下混凝土長期物理力學(xué)性能與滲透性能室內(nèi)加速試驗(yàn)方法，建立了干濕循環(huán)與硫酸鹽共同作用、凍融循環(huán)與氯鹽共同作用、溫—濕度下混凝土徐變加速試驗(yàn)方法。
2）橋梁混凝土性能長期跟蹤觀測技術(shù)
通過試驗(yàn)研究、理論分析和實(shí)體結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，系統(tǒng)建立了基于超聲-粘膠拔出綜合法的混凝土強(qiáng)度、基于超聲表面波的實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土彈性模量、基于固體圖像傳感的橋梁結(jié)構(gòu)變形和基于鋼筋腐蝕電流密度的抗氯離子侵蝕性能等長期性能演變的跟蹤觀測方法，實(shí)現(xiàn)了橋梁混凝土性能指標(biāo)的可長期重復(fù)性跟蹤觀測。
3）摻加外加劑與摻合料的混凝土橋梁性能長期演變分析技術(shù)
在所建立的多因素復(fù)合作用試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，研究摻加外加劑和摻合料的混凝土強(qiáng)度、彈模、徐變和抗氯離子侵蝕性能，建立了硫酸鹽侵蝕環(huán)境中混凝土箱梁結(jié)構(gòu)長期承載性能演變規(guī)律分析方法和摻加粉煤灰的混凝土徐變修正模型，為合理預(yù)測橋梁混凝土承載能力和變形性能長期演變規(guī)律提供了理論基礎(chǔ)。
研究成果 “橋梁混凝土性能長期演變規(guī)律與跟蹤觀測技術(shù)的研究”獲得2013年中國公路學(xué)會(huì)科技獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
（三）電力交通關(guān)聯(lián)物質(zhì)監(jiān)測與環(huán)境健康安全評(píng)價(jià)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)電力和道路建設(shè)的需求急速增長，電力生產(chǎn)和交通運(yùn)行的安全穩(wěn)定對(duì)電站機(jī)組水質(zhì)監(jiān)測、橋梁鋼筋腐蝕監(jiān)測、混凝土路面磚、路基和護(hù)坡土壤檢測的要求也越來越高，所面臨的電廠排放和路面瀝青污染等環(huán)境問題也日趨嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響了我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及人民的健康。因此，對(duì)電廠水中金屬離子、電廠和公路沿線排放的大氣污染物和重金屬、導(dǎo)致人們健康問題致病因子的快速靈敏監(jiān)測顯得非常重要。取得的創(chuàng)新成果如下：
1）以電站機(jī)組用水中金屬離子及有害陰離子（如Cu2+、Cl-等）的檢測為目標(biāo)，研制一些新型、高效、靈敏、專一的二茂鐵類熒光探針，以保障火力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定正常運(yùn)行和對(duì)機(jī)組材料的有效保護(hù)，在熱電廠、核電廠安全運(yùn)行方面具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
2）研究新型石墨烯場效應(yīng)傳感器的構(gòu)建方法，應(yīng)用于火電廠排放的硫化物、氮氧化物氣體成分,如二氧化氮和一氧化氮等的檢測，對(duì)于電廠熱電系統(tǒng)等的正常運(yùn)行及大氣環(huán)境的保護(hù)具有重要的意義。
3）橋梁鋼筋腐蝕是一個(gè)長期存在且緩慢進(jìn)行的過程，對(duì)橋梁安全運(yùn)行帶來重要影響。本方向以橋梁腐蝕產(chǎn)生的鐵離子（Fe3+）檢測為目的，研制一些新型、高效、靈敏的離子選擇性電極，探討橋梁鋼筋腐蝕中產(chǎn)生Fe3+的機(jī)制和腐蝕機(jī)理，對(duì)橋梁安全運(yùn)行進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，為交通運(yùn)輸部門和橋梁安全管理等單位提供橋梁運(yùn)行安全評(píng)價(jià)信息和理論依據(jù)。此外，快速準(zhǔn)確分析高速公路沿線土壤中重金屬離子，對(duì)于提高人類的生存質(zhì)量、保護(hù)地球環(huán)境具有十分重要的意義。
4）透水混凝土是由歐美、日本等國家針對(duì)其城市道路路面缺陷而開發(fā)使用的一種新型鋪裝材料，因其能夠滯留和降解路面上的碳?xì)浠衔镆鹑藗儚V泛關(guān)注，研究證實(shí)路面磚上自然存在著的微生物群落是清除路面上油污的關(guān)鍵。通過研究透水路面磚路面系統(tǒng)中微生物群落的生長方式和形成過程及對(duì)路面磚結(jié)構(gòu)的影響，提出透水路面磚中微生物生態(tài)系統(tǒng)的形成機(jī)制，從而改善混凝土路面磚的結(jié)構(gòu)性能，優(yōu)化透水路面磚路面的設(shè)計(jì)，為混凝土路面磚的長期穩(wěn)定養(yǎng)護(hù)和路面工程管理提供重要指導(dǎo)信息。
5）公路路基和護(hù)坡土壤中水分快速檢測方法。隨著公路等級(jí)和等級(jí)公路服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，公路部門對(duì)公路路基和公路坡面防護(hù)越來越重視，并對(duì)其提出了更高的要求。公路路基和護(hù)坡土壤中水分的含量是保證公路路基路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要因素之一。該方向利用新型功能載體化合物的合成與納米材料新技術(shù)設(shè)計(jì)土壤水分快速傳感檢測的敏感器件，建立水分監(jiān)測信息的無線傳輸與接收新方法，形成公路路基土壤與護(hù)坡土壤中水分檢測的人工智能傳感系統(tǒng)，為公路管理部門對(duì)公路路基與護(hù)坡的穩(wěn)定養(yǎng)護(hù)提供重要信息與指導(dǎo)，在交通運(yùn)輸行業(yè)具有重要的基礎(chǔ)理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
6）聯(lián)合湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院（擁有化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）、中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（擁有農(nóng)業(yè)生態(tài)工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和湖南省畜禽健康養(yǎng)殖與環(huán)境控制工程中心）、益陽益華水產(chǎn)品有限公司、廣東溫氏食品集團(tuán)股份有限公司等高等院校及企事業(yè)單位籌建了“微納生物傳感與安全檢測協(xié)同創(chuàng)新中心”，發(fā)展了一些工業(yè)生產(chǎn)包括電力與交通行業(yè)中有毒有害污染物（如甲醛、亞硝酸鹽、汞離子等）和致癌基因蛋白檢測的微納生物傳感分析新方法（如檢測c-myc蛋白的LSPR傳感芯片），對(duì)本研究方向在環(huán)境、生物和納米材料等領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛交叉和深度拓展，有利于本重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建多學(xué)科融合、多團(tuán)隊(duì)協(xié)同體，促進(jìn)了本實(shí)驗(yàn)室與高水平平臺(tái)的接軌，同時(shí)為保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排、促進(jìn)電力安全生產(chǎn)和交通安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。
標(biāo)志性成績有：①獲得5項(xiàng)國家自然科學(xué)基金；②獲得1項(xiàng)科技部國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題；③獲得1項(xiàng)國家發(fā)明專利和多項(xiàng)實(shí)用新型專利；④相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國內(nèi)權(quán)威刊物《化學(xué)學(xué)報(bào)》、《高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)》、《中國科學(xué)》和國外核心刊物《The Analyst》（2011IF=4.23）、《Materials Science and Engineering C》（2013 JCR 2區(qū)）、《Sensors and Actuators B: Chemical》（2012 JCR 1區(qū)，2011IF=3.898）等期刊及國內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議上；⑤聯(lián)合主辦了CEAM 2011國際學(xué)術(shù)會(huì)議，有效地提升了重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國內(nèi)外的聲譽(yù)和地位。
該研究方向取得了一系列原創(chuàng)性科研成果，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。主要科研成果包括：
（1）科研項(xiàng)目：獲各類科研項(xiàng)目17項(xiàng)，其中國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題“基于物聯(lián)網(wǎng)的小流域廢物流動(dòng)監(jiān)控體系研究”1項(xiàng)及國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目5項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)共267萬元，其中代表性項(xiàng)目是：
①基于物聯(lián)網(wǎng)的小流域廢物流動(dòng)監(jiān)控體系研究（曹忠，國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題，編號(hào)：2012BAC17B1012，49萬元，2012-2015）；
②國家自然科學(xué)基金（曹忠，基于延長柵場效應(yīng)晶體管致癌基因檢測的無線傳感生化分析方法研究，編號(hào)21075011，35萬元，2011-2013）；
③國家自然科學(xué)基金（何婧琳，基于工具酶級(jí)聯(lián)擴(kuò)增的核酸適配體光學(xué)傳感方法及對(duì)乳腺癌早期診斷研究，編號(hào)21105005，25萬，2012-2014）；
④國家自然科學(xué)基金（曹忠，食源性病原體與有害化學(xué)添加劑超靈敏分子檢測的微納生物傳感分析方法，編號(hào)21275022，80萬元，2013-2016）
（2）科技獎(jiǎng)勵(lì)：獲中國公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，
①付智等，橋梁混凝土性能長期演變規(guī)律與跟蹤觀測技術(shù)的研究，2013中國公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；
②曹忠等，“原子吸收法用于烷基硫醇單分子層誘導(dǎo)金腐蝕性溶解的評(píng)價(jià)”，2012湖南省第十四屆自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文” 三等獎(jiǎng)。
（3）論文、專利情況：發(fā)表學(xué)術(shù)論文40篇，其中一區(qū)論文3篇，獲國家專利59項(xiàng)，其中發(fā)明專利3項(xiàng)。
①Jinglin He, et al, Biosensors and Bioelectronics, 26 (2011) 4222-4226（2012IF=5.437）；
②Zhong Cao, et al, Analyst, 138 (2013) 5274-5280（2012 IF=3.969）；
③Jing-Lin He, et al, Sensors and Actuators B Chemical, 2 (2013) 835–841 （2012IF=3.535）；
④Shu Long, et al, Sensors and Actuators: B. Chemical, 166-167 (2012) 223-230（2012IF=3.535）；
⑤Zhong Cao, et al, Materials Science and Engineering C, 33 (2013) 1481-1490（2012IF=2.675）；
⑥用于檢測致癌基因C-myc重組蛋白的LSPR傳感芯片（曹忠等，發(fā)明專利，發(fā)明專利，專利號(hào)ZL 201120000114.8）
⑦一種氧代二氫大馬酮異構(gòu)體的簡單制備方法（曹忠等，發(fā)明專利，發(fā)明專利，專利號(hào)ZL 201010144729.7）
⑧活性炭耐沖刷電極及其制備方法和應(yīng)用（張玲等，發(fā)明專利，發(fā)明專利，專利號(hào)ZL 201010172825.3 ）