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1、助能材料2013年第13期(44)卷文章編號(hào)：1001—9731(2013)13—1924—04碳納米管一碳纖維／水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能姚武，左俊卿，吳科如(同濟(jì)大學(xué)先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201804)摘要：研究了碳納米管一碳纖維／水泥基材料的微觀文以導(dǎo)電摻和料的形態(tài)和熱電性能為基礎(chǔ)，結(jié)合水泥基結(jié)構(gòu)以及碳納米管一碳纖維／水泥基材料升溫與降溫過材料的熱電機(jī)理，以碳納米管作為復(fù)合材料的熱電增強(qiáng)程中的熱電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水泥基材料中碳納相，制備具高熱電勢(shì)率、低電阻率碳納米管一碳纖維／水米管摻量較低時(shí)(碳納米管摻量占水泥質(zhì)量百分比不高泥基
2、復(fù)合材料，并研究碳納米管摻量對(duì)水泥基材料熱電于0．5)，碳納米管能有效改善水泥基體性能，密實(shí)基效應(yīng)的影響，進(jìn)而提出了提高碳纖維水泥基材料的熱電體結(jié)構(gòu)。在碳纖維水泥基材料中摻入碳納米管能有效性能方法，為水泥基熱電材料應(yīng)用于鋼筋混凝土陰極防提高和改善復(fù)合材料熱電性能；當(dāng)碳納米管摻量為水泥護(hù)和作為溫度傳感器用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度自監(jiān)質(zhì)量0．5，水泥基材料熱電勢(shì)率最多能提高260，達(dá)控等工程實(shí)際奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。到22．6肚V／℃。與此同時(shí)，碳納米管摻入能增強(qiáng)熱電效2實(shí)驗(yàn)應(yīng)中溫差電動(dòng)勢(shì)與溫差關(guān)系的線性規(guī)律和可逆性規(guī)律。關(guān)鍵詞：碳納米管；碳纖維水泥基材料；微觀結(jié)構(gòu)；熱
3、2．1實(shí)驗(yàn)原材料及試件制備電性能碳納米管性能指標(biāo)見表1，PAN基高強(qiáng)碳纖維性能中圖分類號(hào)：TU528．582文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A指標(biāo)見表2，碳納米管的分散劑十二烷基苯磺酸鈉DOI：10．3969／j．issn．1001—9731．2013．13．025(NaDDBs)；碳纖維分散劑甲基纖維素；消泡劑磷酸三丁酯；32．5型復(fù)合硅酸鹽水泥；硅灰；去離子水。l引言表1碳納米管性能隨著水泥基材料理論和技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們?cè)谙騎able1Propertiesofcarbonnanotubes著高強(qiáng)度、高性能的結(jié)構(gòu)材料方向深入研究的同時(shí)，逐直徑長(zhǎng)度純度比表面積電導(dǎo)率漸對(duì)具備自
4、感知和記憶、自診斷、自適應(yīng)、自修復(fù)特性的(nm)(“m)()(m。／g)(s／cm)多功能智能水泥基材料產(chǎn)生強(qiáng)烈興趣。智能水泥基材5～810～30>95>500>1O0料是指在原有水泥基材料組分基礎(chǔ)上復(fù)合石墨、碳纖表2碳纖維性能維、碳納米管、鋼渣、鋼纖維等智能型組分，使水泥基復(fù)Table2Propertiesofcarbonfiber合材料表現(xiàn)出溫敏性、壓敏性和磁敏性等特殊性能『】]。直徑長(zhǎng)度抗拉強(qiáng)度拉伸模量電阻率碳含量目前，水泥基材料溫敏性研究主要集中在水泥基材料熱(um)(mm)(GPa)(GPa)(un·m)()電性能研究方面。7士0．25>3．022
5、0～24015>95碳纖維水泥基材料熱電效應(yīng)由孫明清等L4于1998試樣配比為(水泥)：7rt(硅灰)：(水)一1：0．1年首次報(bào)道。孫明清等發(fā)現(xiàn)水泥基材料熱電性能與碳：0．46；分別制備6組不同碳納米管摻量(占水泥質(zhì)量纖維空穴的產(chǎn)生和傳導(dǎo)有關(guān)。美國(guó)紐約州立大學(xué)百分比)的水泥基復(fù)合材料試件：0、0．1、0．2、0．5、Chung等]也進(jìn)行CFRC熱電效應(yīng)研究，發(fā)現(xiàn)碳纖維對(duì)l_0及2．0，分別命名為CF、CNTCF1、CNTCF2、CFRC的溫差電動(dòng)勢(shì)率的提高貢獻(xiàn)不大，但可使得體系CNTCF3、CNTCF4及CNTCF5；各組試件碳纖維摻的熱電效應(yīng)由非線性滯回
6、特性變?yōu)榫€性特性，且具有良量為水泥質(zhì)量0．4；甲基纖維素?fù)搅繛樗噘|(zhì)量0．好的可逆性。Chung等還報(bào)道了在碳纖維中摻入溴元4；消泡劑摻量為水泥質(zhì)量0．139／6；碳納米管分散劑素，可提高體系空穴濃度，進(jìn)而提高了溫差電動(dòng)勢(shì)率]。用量與碳納米管質(zhì)量比為1：1。碳納米管是日本電鏡學(xué)家Iijima于1991年發(fā)現(xiàn)的一種將碳納米管溶液和碳纖維混合溶液進(jìn)行磁力攪拌碳納米晶體纖維材料。碳納米管作為一維納米材料，由15min，進(jìn)而超聲處理45min。再在攪拌鍋中依次加入于其特殊的石墨片卷成的無縫空心管層狀結(jié)構(gòu)，具有許硅灰、水泥，然后將分散有碳納米管和碳纖維的溶液加多異常的
7、、十分優(yōu)異的力學(xué)、電磁學(xué)和熱電性能_7。本入并攪拌(攪拌3min左右)。攪拌完畢，將拌和料裝*基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50978200)收到初稿日期：2012—11-02收到修改稿日期：2013—03—20通訊作者：姚武作者簡(jiǎn)介：姚武(1966一)，男，江蘇鎮(zhèn)江人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事功能材料和智能材料研究。姚武等：碳納米管一碳纖維／水泥基材料微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能1927溫差，℃溫差，℃料溫差電動(dòng)勢(shì)與溫差的關(guān)系Fig4VariationoftheSeebeckvoltagevsthetemperaturedifferentialduring
8、heatingandcoolingforCFRCwi
