[发明专利]一种提高碳纤维水泥基复合材料Seebeck系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥基复合材料的制备方法，具体涉及一种提高碳纤维水泥基复合材料Seebeck系数的方法。

背景技术

碳纤维水泥基复合材料具有的热电效应，能够将材料两端的温差线性地转化为温差电动势，并且可以通过能量回收电路存储在储能装置中。在土木工程结构的健康监测、道路太阳能热转化收集，以及大型工业窑炉的废热回收利用等方面，具有中重要的应用前景，是智能水泥基复合材料研究与发展的重要方向之一。

碳纤维水泥基复合材料热电性能的优劣与该材料的Seebeck系数、热导率和电导率密切相关。其中碳纤维水泥基复合材料的Seebeck系数较低，目前仍是导致碳纤维水泥基复合材料热电性能不高的主要原因，严重影响着碳纤维水泥基复合材料在土木工程结构健康监测和能量回收领域的应用和发展。采用各种碳纤维原料和制备工艺方法，提高碳纤维水泥基复合材料的Seebeck系数，已经成为当今碳纤维水泥基复合材料领域研究的关键内容之一。

文献1（“S.H.Wen,D.D.L.Chung,Cement and Concrete Research,2000,30:1295-1298”）公开了一种利用溴插层工艺提高碳纤维导电空穴浓度，并以此提高水泥基复合材料Seebeck系数的方法，可使水泥基复合材料的Seebeck系数得到较大提高（从0.8μV/°C提高到17μV/°C）。但是该方法获得的水泥基复合材料Seebeck系数绝对值仍然较小，不能很好的满足结构健康监测传感器与废热收集系统的应用要求，并且溴插层工艺中所用溴蒸汽也存在较大的环境污染风险。

文献2（“Bahar Demirel,Salih Yazicioglu,New Carbon Materials,2008,23:21-24”）公开了一种碳纤维增强轻骨料水泥基复合材料。该复合材料以浮石为轻骨料，直径15μm的碳纤维为增强相，使碳纤维水泥基复合材料的Seebeck系数达到127.4μV/°C。但是，由于轻骨料的抗压强度较低，导致最终碳纤维水泥基复合材料的强度也较低；并且由于浮石化学成分的波动性，严重影响最终碳纤维水泥基复合材料Seebeck系数的稳定性。

文献3（“唐祖全,童成丰,钱觉时,王智,重庆建筑大学学报,2008,30:125-128”）公开了一种利用风淬钢渣与水泥制备的钢渣混凝土。该混凝土具有Seebeck系数高（>48μV/°C）、废物利用和制备工艺简单的优点。但是由于炼钢工艺和各地区原料的差异性、导致钢渣中铁氧化物的含量波动十分常见，致使这种钢渣混凝土的Seebeck系数波动较大，严重影响利用该钢渣混凝土制作的结构健康监测传感器与废热收集系统的性能稳定性。

文献4（“赵文艳,张文福,马昌恒,才英俊,朱殿瑞，大庆石油学院学报，2008,32:83-85+92”）公开了一种添加鳞片石墨的石墨导电混凝土。该混凝土的Seebeck系数可达2.27mV/°C，并且制备工艺简单。但是由于所用石墨的鳞片状形貌和石墨较大的比表面积，导致该混凝土制备过程中水灰比较大，硬化后力学性能也大幅降低，仅能用于某些强度要求不高的工程局部部位。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高碳纤维水泥基复合材料Seebeck系数的方法，具有所得碳纤维水泥复合材料Seebeck系数高、热电性能稳定、力学性能优良和制备工艺简单的特点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高碳纤维水泥基复合材料Seebeck系数的方法，在碳纤维水泥基复合材料制备过程中，添加Fe₂O₃或Bi₂O₃粉末，或者任意比的Fe₂O₃-Bi₂O₃混合粉末，总添加量为复合材料所用水泥质量的0.1％-5.0％。

所述碳纤维水泥基复合材料由PAN基短切碳纤维和硅酸盐水泥组成，将Fe₂O₃或Bi₂O₃或任意比的Fe₂O₃-Bi₂O₃混合粉末与PAN基短切碳纤维、硅酸盐水泥和水，按质量比0.001-0.05:0.005-0.01:1:0.4-0.5均匀混合，然后浇注形成碳纤维水泥基复合材料。