[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

一种提高碳纤维水泥基复合材料Seebeck系数的方法，在水泥基复合材料制备过程中，对碳纤维进行酸处理，再通过干混干压方式成型，本发明酸处理碳纤维过程简单，且酸处理碳纤维的比表面积较高，可大幅提高其与水泥基体的接触面积，从而使水泥基复合材料的Seebeck系数显著增加，避免了使用未处理碳纤维带来的复合材料热电性能不高的问题；本发明不需要对碳纤维进行溴插层工艺处理，避免了溴蒸汽的环境污染问题，本发明采用的干混干压成型工艺，可显著提高碳纤维在水泥基体的添加量，同时使碳纤维能够均匀地分散在水泥基体中，加之成型压强较高，从而使复合材料的热电性能得到提高，避免了浇筑成型带来的水泥基复合材料热电性能较低的问题。

技术领域

本发明属于水泥基复合材料制备技术领域，特别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不仅具有优良的力学性能和压敏性，还具有显著的温阻效应、电热和热电效应等。利用碳纤维水泥基复合材料的热电效应，可有效地将混凝土材料表面的热能转化为电能，从而降低城市热岛效应。其次，在土木工程结构的健康监测领域，以高Seebeck系数的碳纤维水泥基复合材料为基础的应变传感器可大幅提高结构健康监测的灵敏度、可靠性和使用寿命。因此，碳纤维水泥基复合材料是近年来国内外发展较快的一种新型、应用前景广阔的智能材料。

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，由于水泥基体具有较低的热导率，因此，要实现碳纤维水泥基复合材料应用的关键在于提高复合材料的Seebeck系数和电导率。然而，碳纤维水泥基复合材料较低的Seebeck系数，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(“M.Q.Sun,Z.Q.Li,et al,Cement and Concrete Research,1999,29(5):769-771”)公开了一种利用碳纤维来增强水泥基复合材料Seebeck系数的方法，可使水泥基复合材料的Seebeck系数提高到12μV/℃。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。

文献2(“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/℃提高到17μV/℃)。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3(“陈兵,姚武,吴科如,建筑材料学报,2004,7(3):261”)公开了一种利用不同长度碳纤维来增强水泥基复合材料的热电性能。该方法发现较短的碳纤维，其在水泥基体内部分散越均匀，Seebeck效应的线性度与可逆性越好；随着碳纤维长度的增大，碳纤维在水泥基体内会定向分布，无法形成导电网络，使Seebeck效应线性度与可逆性变差。

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，解决了现有溴插层碳纤维工艺复杂和溴蒸汽存在较大的环境污染风险，长碳纤维分散困难，以及未处理碳纤维水泥基复合材料热电性能较低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种提高碳纤维水泥基复合材料Seebeck系数的方法，在水泥基复合材料制备过程中，对碳纤维进行酸处理，再通过干混干压方式成型。