環(huán)境載荷對膨脹石墨_碳纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料熱電性能的影響研究

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1、西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文環(huán)境載荷對膨脹石墨/碳纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料熱電性能的影響研究專業(yè)：材料學(xué)碩士生：薛飛指導(dǎo)教師：魏劍教授摘要熱電水泥基復(fù)合材料是一種能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)化為電能的智能建筑材料，它可以實(shí)現(xiàn)城市廢熱、余熱的再利用，降低城市的熱島效應(yīng)。正常服役環(huán)境中的熱電水泥材料必然會受到環(huán)境載荷的作用，影響材料熱電性能，研究環(huán)境載荷對水泥基材料的熱電性能影響對于促進(jìn)熱電水泥基材料的發(fā)展與應(yīng)用具有重要意義。本文首先制備出膨脹石墨/碳纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（ExpandedGraphite/CarbomFiberReinforcedCement-basedCo

2、mposites，簡稱EGCFRC），研究了應(yīng)力、疲勞載荷、凍融循環(huán)載荷和低溫循環(huán)載荷對EGCFRC電導(dǎo)率（σ）、Seebeck系數(shù)（S）、功率因數(shù)（PF）及熱電優(yōu)值（ZT）的影響規(guī)律，并闡明環(huán)境因素對其熱電性能的影響機(jī)理，研究了凍融循環(huán)對[Bmim]Br-EGCFRC熱電性能的影響規(guī)律。主要內(nèi)容如下：（1）研究了EGCFRC在不同應(yīng)力（0、1.0、2.0、3.0、4.0MPa）作用下的熱電性能變化規(guī)律。結(jié)果表明：隨著應(yīng)力的不斷增大，EGCFRC的電導(dǎo)率逐漸增加，Seebeck系數(shù)絕對值逐漸降低。30℃時，無應(yīng)力作用的EGCFRC電導(dǎo)率最小，約-3為1.0

3、6×10S/cm，Seebeck系絕對值為79.98μV/℃；而應(yīng)力為4.0MPa時，由于材料密實(shí)度增大，氣/固界面減少，載流子的遷移率增大，導(dǎo)致其電導(dǎo)率增加到了5.48S/cm，Seebeck系絕對值降低到了4.87μV/℃。此外，隨著應(yīng)力的增加，其熱電優(yōu)值總體呈現(xiàn)先降低，后增大再降低的趨勢。當(dāng)應(yīng)力為4.0MPa時，樣品的熱電-10優(yōu)值達(dá)到最小，約為1.72×10，比無應(yīng)力時減小3個數(shù)量級。（2）研究了在不同疲勞載荷水平（1.0、1.5和1.8kN）下，不同疲勞次數(shù)（0、2500、5000、7500和10000次）對其熱電性能的影響。結(jié)果表明：隨著疲勞次

4、數(shù)的增加，材料的孔隙率增加，抗壓強(qiáng)度下降，微裂紋增多。在電導(dǎo)率方面，疲勞西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文載荷會降低材料的電導(dǎo)率，疲勞載荷越大，進(jìn)行的疲勞次數(shù)越多，材料的電導(dǎo)率下降越明顯。當(dāng)疲勞載荷為1.5kN時，30℃下經(jīng)過10000次疲勞載荷作用后，樣-3-3品的電導(dǎo)率從2.06×10S/cm降低到了0.73×10S/cm。在對Seebeck系數(shù)的影響上，當(dāng)疲勞載荷一定時，隨著疲勞次數(shù)的增大，EGCFRC的Seebeck系數(shù)絕對值先增大后減小，當(dāng)疲勞次數(shù)為2500次時，材料的Seebeck系數(shù)絕對值最大，約為43.88μV/℃。（3）研究了-30至95℃凍融

5、循環(huán)載荷（循環(huán)次數(shù)分別為0、10、20、30、40和50次），對EGCFRC和[Bmim]Br-EGCFRC熱電性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：凍融循環(huán)載荷會降低EGCFRC的熱電效應(yīng)，隨著凍融次數(shù)的增加，材料的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)絕對值和熱電優(yōu)值降低。在80℃條件下，經(jīng)50次凍融載荷作用的-8-11EGCFEC熱電優(yōu)值從8.40×10減小到7.40×10，降低約3個數(shù)量級。隨著凍融循環(huán)載荷次數(shù)增加，[Bmim]Br-EGCFRC的Seebeck系數(shù)絕對值呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，10次凍融載荷作用后[Bmim]Br-EGCFRC的Seebeck系數(shù)絕對值

6、獲得最大值（745.69μV/℃）。隨著凍融循環(huán)次數(shù)逐漸增加，[Bmim]Br-EGCFRC電導(dǎo)率逐-3-3漸降低，50次凍融循環(huán)后其電導(dǎo)率從3.15×10S/cm降低到2.47×10S/cm。（4）研究了低溫循環(huán)載荷初始過程（-30℃~室溫，循環(huán)次數(shù)0-4次），對EGCFRC熱電性能的影響。結(jié)果表明：低溫循環(huán)載荷的作用會增加材料內(nèi)部的微裂紋數(shù)量，增大其活化能和載流子濃度，降低載流子的遷移率，使得材料的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)絕對值下降。30℃下，經(jīng)歷了4次低溫循環(huán)載荷作用后的EGCFRC-3-3電導(dǎo)率從2.16×10S/cm下降到1.11×10S/cm

7、，Seebeck系數(shù)絕對值從33.30μV/℃下降到了10.87μV/℃；同時，低溫循環(huán)載荷的作用也使得材料的熱電優(yōu)值不斷降-8低，經(jīng)歷4次低溫循環(huán)載荷作用后EGCFRC的熱電優(yōu)值從7.51×10降低到了-80.40×10。關(guān)鍵詞：水泥基復(fù)合材料；碳纖維；環(huán)境載荷；熱電性能；載流子本研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51578448）、國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目（51308447）、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃-重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2017ZDJC-18）和留學(xué)人員科技活動擇優(yōu)資助項(xiàng)目（陜?nèi)松绾痆2016]789號）的資助。西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文Effec

8、tofEnvironmentalLoadonThermoelect