瀝青路面是全球道路網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)成部分，但其在使用過程中會(huì)持續(xù)受到交通荷載、溫度變化、氧化老化和紫外線輻射等多種環(huán)境與機(jī)械應(yīng)力的侵蝕。這些因素導(dǎo)致瀝青結(jié)合料逐漸硬化、開裂，嚴(yán)重?fù)p害路面的服役性能與使用壽命。然而，傳統(tǒng)上依賴流變學(xué)或經(jīng)驗(yàn)性指標(biāo)的表征方法，往往難以捕捉到瀝青在分子和微觀尺度上的早期老化與降解過程，從而限制了對(duì)其性能衰變機(jī)制的深入理解和有效預(yù)測(cè)。Flexfilm全光譜橢偏儀可以非接觸對(duì)薄膜的厚度與折射率的高精度表征，廣泛應(yīng)用于薄膜材料、半導(dǎo)體和表面科學(xué)等領(lǐng)域。

為解決這一瓶頸問題，近年來，紫外光譜和光譜橢偏術(shù)作為兩種新興的分析工具，展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。紫外光譜能夠通過特征吸收峰靈敏地檢測(cè)氧化及光降解產(chǎn)物的形成，揭示化學(xué)層面的老化機(jī)理；而光譜橢偏術(shù)則能以納米級(jí)精度量化瀝青的光學(xué)常數(shù)與薄膜形態(tài)演變，提供其物理結(jié)構(gòu)變化的直觀信息。這兩種非破壞性、高分辨率的表征技術(shù)互為補(bǔ)充，共同為理解瀝青從分子結(jié)構(gòu)到宏觀性能的關(guān)聯(lián)機(jī)制提供了強(qiáng)大支撐，有望推動(dòng)瀝青材料從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向精準(zhǔn)化、性能導(dǎo)向化的新范式轉(zhuǎn)變。

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紫外光譜在瀝青結(jié)合料表征中的應(yīng)用

瀝青膠結(jié)料表征用紫外光譜儀裝置及樣品制備方法

原理與方法

紫外光譜通過測(cè)量瀝青對(duì)紫外光的吸收來分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)。瀝青中的芳香化合物等“發(fā)色團(tuán)”會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光，其吸收強(qiáng)度與濃度成正比（遵循比爾-朗伯定律）。樣品通常被制成溶液或超薄透明薄膜進(jìn)行測(cè)量，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

核心應(yīng)用

監(jiān)測(cè)老化：紫外光譜能靈敏地檢測(cè)到老化過程中產(chǎn)生的羰基、亞砜等氧化產(chǎn)物，其吸收峰強(qiáng)度的增加是老化程度的重要標(biāo)志。研究人員甚至開發(fā)了“光譜老化指數(shù)”來量化老化。

分析組分與改性：瀝青中復(fù)雜的化學(xué)成分（如SARA四組分）具有獨(dú)特的紫外“指紋”。通過分析這些指紋，可以追蹤老化帶來的組分變遷（如芳香分減少、瀝青質(zhì)增加），并評(píng)估聚合物改性劑（如SBS）在瀝青中的分散狀態(tài)與降解情況。

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橢偏儀在瀝青結(jié)合料表征中的應(yīng)用

瀝青膠結(jié)料表征用橢偏儀裝置及薄膜樣品沉積技術(shù)

原理與方法

光譜橢偏術(shù)是一種非接觸、高精度的光學(xué)技術(shù)。它通過測(cè)量偏振光在瀝青表面反射后其偏振態(tài)發(fā)生的微小變化，來反推出材料的光學(xué)常數(shù)——折射率和消光系數(shù)。這些常數(shù)直接反映了材料的密度、極化和吸收特性。為了獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，必須將瀝青制成納米級(jí)厚度的均勻薄膜。

核心應(yīng)用

量化光學(xué)性質(zhì)：橢偏術(shù)能精確測(cè)量瀝青的折射率和消光系數(shù)，這些參數(shù)會(huì)隨老化系統(tǒng)性變化，并與瀝青的剛度等力學(xué)性能相關(guān)聯(lián)。

追蹤老化過程：無論是熱老化還是更具破壞性的紫外老化，都會(huì)在瀝青表面形成氧化層，改變其光學(xué)常數(shù)。橢偏術(shù)對(duì)這種表面變化極其敏感，能捕捉到早期老化信號(hào)。

揭示微觀結(jié)構(gòu)：對(duì)于聚合物改性瀝青，橢偏術(shù)還能探測(cè)到老化引起的相分離、結(jié)晶等微觀結(jié)構(gòu)演變。

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紫外光譜與橢偏儀的聯(lián)合應(yīng)用

互補(bǔ)性分析

紫外光譜與橢偏儀的聯(lián)合應(yīng)用為瀝青結(jié)合料表征提供了強(qiáng)大框架。紫外光譜擅長(zhǎng)闡明化學(xué)組成和檢測(cè)發(fā)色團(tuán)，而橢偏儀則能以納米精度測(cè)量膜厚、表面形貌和光學(xué)常數(shù)。二者的集成使得能夠同步評(píng)估分子水平的老化現(xiàn)象和表面/亞表層的物理演化。

研究表明，通過主成分分析和偏最小二乘回歸等多變量統(tǒng)計(jì)技術(shù)融合紫外和橢偏數(shù)據(jù)集，可提高預(yù)測(cè)精度和可靠性。這種聯(lián)合方法在表征生物炭改性和納米增強(qiáng)瀝青等復(fù)雜體系時(shí)尤其有價(jià)值。

結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系

建立光譜/光學(xué)特性與力學(xué)/流變特性之間的關(guān)聯(lián)是近期研究焦點(diǎn)。

紫外吸收參數(shù)已顯示出與復(fù)數(shù)模量和相位角等流變特性的相關(guān)性，表明紫外光譜可用于瀝青結(jié)合料的快速分級(jí)篩查。

橢偏參數(shù)，特別是折射率，被發(fā)現(xiàn)與針入度值顯著相關(guān)，暗示橢偏儀可作為評(píng)估結(jié)合料稠度和剛度的無損工具。

機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量回歸，已被引入以處理光譜和橢偏數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)剛度、疲勞壽命等工程性能參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了從純經(jīng)驗(yàn)測(cè)試向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)無損評(píng)估的范式轉(zhuǎn)變。

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現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與質(zhì)量控制

flexfilm

紫外光譜現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：手持式紫外光譜儀的發(fā)展使得能夠在施工現(xiàn)場(chǎng)直接識(shí)別結(jié)合料老化和污染。

橢偏儀現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)：便攜式橢偏儀，特別是單波長(zhǎng)固定角度橢偏儀，已在可變光照條件下評(píng)估表面氧化和膜厚方面展現(xiàn)出可行性。

集成協(xié)議：將兩種技術(shù)納入瀝青生產(chǎn)和鋪筑協(xié)議，可顯著提升質(zhì)量控制效率，實(shí)現(xiàn)早期性能偏差檢測(cè)，并與性能相關(guān)規(guī)范的發(fā)展趨勢(shì)相契合。

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先進(jìn)應(yīng)用與新興趨勢(shì)

flexfilm

圖譜技術(shù)與成像應(yīng)用

紫外熒光顯微鏡：用于可視化瀝青組分（特別是芳香分）的微觀結(jié)構(gòu)分布。

成像橢偏儀：擴(kuò)展了點(diǎn)測(cè)量橢偏技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)折射率和消光系數(shù)等光學(xué)常數(shù)的空間映射，從而檢測(cè)表面老化梯度和氧化模式。

高光譜成像：將每個(gè)像素的光譜信息與空間分辨率相結(jié)合，提供多維數(shù)據(jù)立方體，可同步可視化和量化化學(xué)成分、老化指示劑和分散特性。

納米技術(shù)與改性瀝青分析

紫外光譜和橢偏儀為表征納米材料（如碳納米管、納米粘土、納米氧化鋅、氧化石墨烯）改性瀝青提供了互補(bǔ)能力。紫外光譜用于分析發(fā)色團(tuán)與納米材料界面的相互作用，而橢偏儀則能高分辨率分析薄膜界面，監(jiān)測(cè)納米顆粒與瀝青分子間界面層的形成。

機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)分析

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)與光譜和橢偏數(shù)據(jù)分析的結(jié)合，為瀝青表征開辟了變革性途徑。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于建立紫外光譜特征與瀝青性能（如抗氧化性、UV耐久性）之間的非線性關(guān)系。

無監(jiān)督學(xué)習(xí)用于根據(jù)光譜和光學(xué)輪廓對(duì)結(jié)合料類型進(jìn)行聚類和分類。

預(yù)測(cè)建模利用ML算法從初始光學(xué)性質(zhì)估算瀝青長(zhǎng)期性能。

標(biāo)準(zhǔn)化與協(xié)議開發(fā)

目前尚無專門針對(duì)紫外光譜或光譜橢偏儀的ASTM或AASHTO標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前努力集中于建立樣品制備、測(cè)量條件和數(shù)據(jù)分析的共識(shí)程序。ASTM和AASHTO委員會(huì)正積極制定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。開發(fā)針對(duì)瀝青應(yīng)用的校準(zhǔn)材料和參考標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

本綜述深入闡述了紫外光譜與光譜橢偏儀在瀝青結(jié)合料表征中的最新進(jìn)展，強(qiáng)調(diào)了它們?cè)谶B接分子水平現(xiàn)象與宏觀路面性能方面的關(guān)鍵作用。這兩種技術(shù)提供了互補(bǔ)、無損的手段，用于研究傳統(tǒng)上依賴經(jīng)驗(yàn)或流變學(xué)評(píng)估的結(jié)合料老化、改性和降解領(lǐng)域。紫外光譜已成為檢測(cè)氧化老化相關(guān)官能團(tuán)轉(zhuǎn)變的強(qiáng)大工具，同時(shí)揭示了UV照射下SARA組分的組成變化。橢偏儀則能對(duì)光學(xué)常數(shù)和薄膜形態(tài)進(jìn)行納米級(jí)表征，精確洞察由老化、溫度或化學(xué)改性誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)演化。將紫外和橢偏數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)、多變量回歸和成像平臺(tái)相結(jié)合，是一個(gè)特別有前景的方向。這些組合有助于開發(fā)穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)-性能模型、預(yù)測(cè)性能算法和實(shí)時(shí)質(zhì)量控制框架。

Flexfilm全光譜橢偏儀

flexfilm

全光譜橢偏儀擁有高靈敏度探測(cè)單元和光譜橢偏儀分析軟件，專門用于測(cè)量和分析光伏領(lǐng)域中單層或多層納米薄膜的層構(gòu)參數(shù)（如厚度）和物理參數(shù)（如折射率n、消光系數(shù)k）

• 先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測(cè)量技術(shù)：無測(cè)量死角問題。
• 粗糙絨面納米薄膜的高靈敏測(cè)量：先進(jìn)的光能量增強(qiáng)技術(shù)，高信噪比的探測(cè)技術(shù)。
• 秒級(jí)的全光譜測(cè)量速度：全光譜測(cè)量典型5-10秒。
• 原子層量級(jí)的檢測(cè)靈敏度：測(cè)量精度可達(dá)0.05nm。

Flexfilm全光譜橢偏儀能非破壞、非接觸地原位精確測(cè)量超薄圖案化薄膜的厚度、折射率,結(jié)合費(fèi)曼儀器全流程薄膜測(cè)量技術(shù)，助力半導(dǎo)體薄膜材料領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展。

#橢偏儀原理#紫外光譜UV#瀝青膠結(jié)料性能表征

原文參考：《Advancements in ultraviolet (UV) spectroscopy and spectroscopy ellipsometry (SE) for asphalt binder characterization: a State-of-the Art review》

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