[发明专利]一种利用含钛高炉渣为原料制备压电混凝土材料的方法

说明书

本发明公开一种利用含钛高炉渣为原料制备压电混凝土材料的方法，属于材料化学技术领域。该方法将含钛高炉渣与过渡金属氧化物或者稀土氧化物混合均匀加热至熔融，确保混合均匀，冷却至室温后得到原位优化的含钛高炉渣，然后将原位优化的含钛高炉渣与碳酸钠或碳酸氢钠混合均匀进行矿物相重构，得到重构后的含钛高炉渣即为本发明压电混凝土材料。本发明方法制备的重构含钛高炉渣是通过原位优化，重构的一体化压电材料，可以使得到的混凝土材料具有压电性能，本发明在压电混凝土或建筑物结构力学性能监测混凝土方面具有很好的应用与推广价值。

技术领域：

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种利用含钛高炉渣为原料制备压电混凝土材 料的方法。

背景技术：

道路在车辆荷载的频繁作用下内部积存了大量的机械振动能量。因此，开发出一种可将 道路内部机械应变能转化为电能的发电路面得到越来越多人的关注。利用压电材料的压电效 应将振动机械能转化为电能的压电式与静电式和电磁式相比可达较高的功率密度。另外压电 式能量回收装置结构简单。开发出一种压电材料与路面材料一体化的道路发电(压电)混凝 土，将荷载作用下路面变形产生的机械能直接转化为电能，可较好解决压电元件埋置到路面 中时所引起的诸多危害，具有广阔的应用前景。

CaTiO₃是最典型的的ABO₃钙钛矿结构，由于其结构特点，钙钛矿晶格结构中钛氧八面 体中钛离子的相互作用产生了很大的内电场，从而使其拥有较高的相对介电常数 (εr＝150～160)，同时，CaTiO₃的ac为很大的负值(-2300×10-6C-1)，1MHz处的介电损耗tgδ达3×10-4，介电性能良好(赵康健，吴顺华,孙萍；“钛酸钙对BZN-CaTi O₃系统介电性能的影响”，《电子元件及材料》，2006,2(2)：35-37)。江苏大学沈湘黔等人研究表明，掺杂会导致陶瓷晶相结构能量稳定性的降低从而导致了晶格稳定性降低(冯玉华，潘铁政，沈湘黔；“Ba 掺杂对Pb(Zr,Ti,Sb)O₃压电陶瓷Curie温度与压电性能的影响”，《硅酸盐学报》，2010，38(8): 1374-1378)。晶格变得松弛和更有活性，这使Ti⁴⁺离子在晶格中更容易移动，压电性能有明显 提高增加。2005年，已经开发出0-3型和2-2型两种水泥基压电复合材料，这种复合材料非 常适合监测混凝土的压应力状态，是一种在土木工程领域中很有发展前途的材料(程新,黄 世峰,胡雅莉等；“环境湿度对1-3型水泥基压电复合材料性能的影响”，《硅酸盐学报》，2006.5. 第34卷第5期:626-635)。本方法制备的材料含有大量的硅酸盐以及钙钛矿，是一种较为优良 的原材料，用以制备水泥基压电复合材料。

发明内容：