[发明专利]一种无铅水泥基压电复合材料及制备方法与应用

说明书

本发明属于压电材料技术领域，具体为一种无铅水泥基压电复合材料及制备方法与应用。该复合材料是由水泥、Hf_xZr_yO₂、BaTiO₃陶瓷颗粒组成，以助磨剂为介质，球磨混合均匀后，加水，充分搅拌后，压制成型，养护、干燥，再经极化、老化后即可用于制备传感器。本发明的压电复合材料不仅易极化，具有良好的压电响应，与建筑材料具有良好的相容性，而且由于不含铅，对环境无污染，是一种用于土木、交通工程的传感器制备的优异材料。

技术领域

本发明属于压电材料领域，具体为一种无铅水泥基压电复合材料及制备方法与应用。

背景技术

20世纪50年代发展起来的锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷，由于其压电性能优异，得到了广泛的应用，在世界压电铁电材料市场占90%以上份额。但是，PZT压电陶瓷含有大量的铅（Pb），其原料中氧化铅的占比可高达70%，这些铅基压电陶瓷在制备、使用、回收和废弃的过程中，都会给环境和人类带来损害。随着社会可持续发展观念的深入和人们对自然生存环境的关注，一场压电陶瓷无铅化的发展浪潮正席卷全球压电铁电材料领域。

钛酸钡（BaTiO₃）作为一种成熟可靠的无铅压电材料，具有优异的压电性能和介电性能。所制备的水泥基压电复合材料不仅压电性能优异、精度较高，而且对环境友好，具有广泛的应用前景和发展空间。但是由于BaTiO₃的居里温度较低（T_C≈80℃），导致以纯相BaTiO₃为压电功能体的水泥基压电复合材料在较高温度下不再具有压电响应，这一缺陷大大限制住了其在混凝土结构工程中的应用。

氧化锆-氧化铪固溶体（Hf_xZr_yO₂）不仅具有居里温度高、压电性能优异、剩余极化强度大、漏电流小，而且不会污染环境。当Hf:Zr为1:1左右，Hf_xZr_yO₂压电性最强。

发明内容

本发明的目的是提供一种无铅水泥基压电复合材料及制备方法与应用。该复合材料是由水泥、氧化锆-氧化铪固溶体（Hf_xZr_yO₂）、钛酸钡（BaTiO₃）陶瓷颗粒组成，以助磨剂为介质，球磨混合均匀后，加水，充分搅拌后，压制成型，养护、干燥，再经极化、老化后即可用于制备传感器。本发明的压电复合材料不仅易极化，具有良好的压电响应，与建筑材料具有良好的相容性，而且由于不含铅，对环境无污染，是一种用于土木、交通工程的传感器制备的优异材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无铅水泥基压电复合材料，包括以下质量百分比的组分：水泥10~50%，Hf_xZr_yO₂和BaTiO₃ 50~90%，其中，Hf_xZr_yO₂和BaTiO₃中Hf_xZr_yO₂占0.1~90%，BaTiO₃占10~99.9%。

进一步，所述Hf_xZr_yO₂中，0≤x≤1，0≤y≤1。

进一步，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或多种。