[发明专利]一种通过预处理氧化锌提高水泥基复合材料功率因数的方法

说明书

一种通过预处理氧化锌提高水泥基复合材料功率因数的方法，在水泥基复合材料制备过程中，利用还原性气氛预处理氧化锌微粉，预处理后的氧化锌微粉掺杂入水泥基复合材料作为热电组分，提高水泥基复合材料的热电功率因数。其中利用还原性气氛预处理氧化锌微粉的方法为：称取ZnO和Al₂O₃干燥粉末，混合均匀后加入无水乙醇，放于球磨罐中行星式球磨机球磨，将得到的氧化物混合粉末平铺于刚玉板上，在还原性气氛下热处理，得到预处理后的氧化锌微粉。本发明过程简单，且提高氧化锌微粉的电导率，使得水泥基复合材料的热电功率因数得到大幅度提高，避免了金属氧化物Seebeck系数高但电导率较低导致的功率因数不高的问题。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及水泥基复合材料的制备，特别涉及一种通过预处理氧化锌提高水泥基复合材料功率因数的方法。

背景技术

氧化锌水泥基复合材料是一种可以实现热电相互转换的新型功能材料。它在城市余热利用、建筑结构健康监测和道路低能耗融雪化冰领域具有广泛的应用前景，是一种重要的智能水泥基复合材料。实际工程应用中要求有相当高的热电性能。

功率因数(Power Factor，简写为PF)是表征氧化锌水泥基复合材料的热电性能高低的重要指标，功率因数与材料的Seebeck系数(高低温表面间的单位温度热电势)和电导率呈正相关关系(PF＝S²σ，S是指Seebeck系数，σ是指电导率)。因此，提高Seebeck系数和电导率，是提高PF的重要途径。氧化锌水泥基复合材料的Seebeck系数通常较高，但受氧化锌本征电导率低的限制，氧化锌掺杂的水泥基复合材料电导率很低，导致其功率因数不能得到有效的提升。尽管国内外研究人员在氧化锌掺杂的水泥基复合材料热电性能研究方面做了许多前期工作，但大幅度提升水泥基复合材料的热电性能，仍然是该领域面临的重大挑战。

文献1(Tao Ji,Xiong Zhang,Weihua Li.Enhanced thermoelectric effect ofcement composite by addition of metallic oxide nanopowders for energyharvesting in buildings.Construction and Building Materials.2016,115:576-81.)公开了一种在水泥基体中添加1.0-5.0wt％纳米级氧化锌粉体作为热电组分，提高水泥基复合材料热电性能的方法。在该方法中，水泥基热电材料养护28d后的Seebeck系数达到1500μV/℃以上。但电导率较低，因此功率因数低，仅为3.38×10^-6μWm^-1K^-2。

文献2(SeyedAli Ghahari,Ehsan Ghafari,Na Lua.Effect of ZnOnanoparticles on thermoelectric properties of cement composite for waste heatharvesting.Construction and Building Materials.2017,146:755-63.)公开了将氧化锌或铝掺杂氧化锌颗粒直接掺入水泥基体，提高水泥基复合材料热电性能的方法。通过该方法获得的水泥基复合材料，其电导率达到9.5×10^-2S·cm^-1，但Seebeck系数仅为0.188μV/℃，因此功率因数仍较低，仅为3.36×10^-7μWm^-1K^-2。

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通过预处理氧化锌提高水泥基复合材料功率因数的方法，可解决现有水泥基复合材料热电功率因数较低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：