水泥基材料微观结构和热电性能.pdf

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1、助能材料2013年第13期(44)卷文章编号：1001—9731(2013)13—1924—04碳纳米管一碳纤维／水泥基材料微观结构和热电性能姚武，左俊卿，吴科如(同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海201804)摘要：研究了碳纳米管一碳纤维／水泥基材料的微观文以导电掺和料的形态和热电性能为基础，结合水泥基结构以及碳纳米管一碳纤维／水泥基材料升温与降温过材料的热电机理，以碳纳米管作为复合材料的热电增强程中的热电性能。实验结果表明，当水泥基材料中碳纳相，制备具高热电势率、低电阻率碳纳米管一碳纤维／水米管掺量较低时(碳纳米管掺量占水泥质量百分比不高泥基

2、复合材料，并研究碳纳米管掺量对水泥基材料热电于0．5)，碳纳米管能有效改善水泥基体性能，密实基效应的影响，进而提出了提高碳纤维水泥基材料的热电体结构。在碳纤维水泥基材料中掺入碳纳米管能有效性能方法，为水泥基热电材料应用于钢筋混凝土阴极防提高和改善复合材料热电性能；当碳纳米管掺量为水泥护和作为温度传感器用于大体积混凝土结构温度自监质量0．5，水泥基材料热电势率最多能提高260，达控等工程实际奠定了实验基础。到22．6肚V／℃。与此同时，碳纳米管掺入能增强热电效2实验应中温差电动势与温差关系的线性规律和可逆性规律。关键词：碳纳米管；碳纤维水泥基材料；微观结构；热

3、2．1实验原材料及试件制备电性能碳纳米管性能指标见表1，PAN基高强碳纤维性能中图分类号：TU528．582文献标识码：A指标见表2，碳纳米管的分散剂十二烷基苯磺酸钠DOI：10．3969／j．issn．1001—9731．2013．13．025(NaDDBs)；碳纤维分散剂甲基纤维素；消泡剂磷酸三丁酯；32．5型复合硅酸盐水泥；硅灰；去离子水。l引言表1碳纳米管性能随着水泥基材料理论和技术的不断进步，人们在向Table1Propertiesofcarbonnanotubes着高强度、高性能的结构材料方向深入研究的同时，逐直径长度纯度比表面积电导率渐对具备自

4、感知和记忆、自诊断、自适应、自修复特性的(nm)(“m)()(m。／g)(s／cm)多功能智能水泥基材料产生强烈兴趣。智能水泥基材5～810～30>95>500>1O0料是指在原有水泥基材料组分基础上复合石墨、碳纤表2碳纤维性能维、碳纳米管、钢渣、钢纤维等智能型组分，使水泥基复Table2Propertiesofcarbonfiber合材料表现出温敏性、压敏性和磁敏性等特殊性能『】]。直径长度抗拉强度拉伸模量电阻率碳含量目前，水泥基材料温敏性研究主要集中在水泥基材料热(um)(mm)(GPa)(GPa)(un·m)()电性能研究方面。7士0．25>3．022

5、0～24015>95碳纤维水泥基材料热电效应由孙明清等L4于1998试样配比为(水泥)：7rt(硅灰)：(水)一1：0．1年首次报道。孙明清等发现水泥基材料热电性能与碳：0．46；分别制备6组不同碳纳米管掺量(占水泥质量纤维空穴的产生和传导有关。美国纽约州立大学百分比)的水泥基复合材料试件：0、0．1、0．2、0．5、Chung等]也进行CFRC热电效应研究，发现碳纤维对l_0及2．0，分别命名为CF、CNTCF1、CNTCF2、CFRC的温差电动势率的提高贡献不大，但可使得体系CNTCF3、CNTCF4及CNTCF5；各组试件碳纤维掺的热电效应由非线性滞回

6、特性变为线性特性，且具有良量为水泥质量0．4；甲基纤维素掺量为水泥质量0．好的可逆性。Chung等还报道了在碳纤维中掺入溴元4；消泡剂掺量为水泥质量0．139／6；碳纳米管分散剂素，可提高体系空穴浓度，进而提高了温差电动势率]。用量与碳纳米管质量比为1：1。碳纳米管是日本电镜学家Iijima于1991年发现的一种将碳纳米管溶液和碳纤维混合溶液进行磁力搅拌碳纳米晶体纤维材料。碳纳米管作为一维纳米材料，由15min，进而超声处理45min。再在搅拌锅中依次加入于其特殊的石墨片卷成的无缝空心管层状结构，具有许硅灰、水泥，然后将分散有碳纳米管和碳纤维的溶液加多异常的

7、、十分优异的力学、电磁学和热电性能_7。本入并搅拌(搅拌3min左右)。搅拌完毕，将拌和料装*基金项目：国家自然科学基金资助项目(50978200)收到初稿日期：2012—11-02收到修改稿日期：2013—03—20通讯作者：姚武作者简介：姚武(1966一)，男，江苏镇江人，博士，教授，博士生导师，从事功能材料和智能材料研究。姚武等：碳纳米管一碳纤维／水泥基材料微观结构和热电性能1927温差，℃温差，℃料温差电动势与温差的关系Fig4VariationoftheSeebeckvoltagevsthetemperaturedifferentialduring

8、heatingandcoolingforCFRCwi