多壁碳纳米管水泥基复合材料的压敏性能研究

采用聚羧酸系减水剂分散多壁碳纳米管（ MWCNTs ）,利用四电极法研究了 MWCNTs 掺量对28 d 龄期MWCNTs水泥基复合材料导电特性和在循环荷载作用下压敏性能的影响以及不同最大加载力和加载速率下材料压敏性能的变化。研究表明：随 MWCNTs 掺量的增加,复合材料的电阻率逐渐降低,极化时间逐渐减少。当MWCNTs的掺量在0．06wt％～0．3wt％范围时,复合材料电阻率的变化最大,在循环荷载作用下也表现出良好的压敏性。当加载至试块破坏的情况下,最大电阻变化率可达到70％。随着加载力和加载速率的增加,电阻率的变化率均逐渐变大。本项研究对于实现混凝土材料的智能化以及工程结构检测的实时化具有重要意义。     

重复升温过程中碳纤维水泥基材料的温阻特性

碳纤维水泥基材料(carbon fiber reinforced cement-based composites,CFRC)经过重复升温后,不同碳纤维掺量的CFRC材料的温阻特性各异.低于渗流阈值(碳纤维掺量分别为0.1%和0.2%,质量分数,下同)的低掺量CFRC材料,在20～130℃范围内第1次升温过程中,碳纤维掺量为0.1?RC材料电阻率随温度升高而降低;碳纤维掺量为0.2%的CFRC材料呈弥散性波动,然而在随后的重复升温过程中,在同样的温度范围内,其电阻率均随温度升高而增大.而碳纤维掺量高于渗流阈值(碳纤维掺量分别为0.3%和1.0%)的CFRC材料在同样的温度范围内,第1次升温和随后的重复升温过程中,其电阻率随温度的升高而单调减小.不同碳纤维掺量的CFRC材料在经历第1次升温后,其常温(20℃)时的电阻率均有不同程度地减小,减小的幅度随碳纤维掺量增加而降低.     

碳纳米管／环氧树脂复合体系研究

采用熔融混合法,利用超声分散制备了碳纳米管／环氧树脂纳米复合材料。研究了羟基化碳纳米管的添加量对复合材料的反应活性的影响;同时测试了碳纳米管／环氧树脂纳米复合材料的弯曲性能和电性能,并利用透射电镜对碳纳米管在复合材料中的微观结构进行了表征。结果表明：碳纳米管使复合材料的反应活性有所提高;当碳纳米管含量为1％时,碳纳米管／环氧树脂复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别由纯体系的143．32MPa和3563．76MPa提高到155．79MPa和3690．45MPa,碳纳米管在环氧树脂基体中呈单根分散。碳纳米管使复合材料的体积电阻率和表面电阻率下降2个数量级。     

胶乳掺量对乳化沥青冷再生混合料低温性能的影响研究

为研究胶乳掺量对乳化沥青冷再生混合料低温性能的影响,本文在不同低温温度下,对不同胶乳掺量(0～4.5％)的乳化沥青冷再生混合料的弯拉强度、弯拉劲度模量以及弯拉应变进行了测试,利用重复加载试验模拟路面实际状况进行验证.结果表明,随着胶乳掺量的增加,其乳化沥青冷再生混合料的弯拉强度、弯拉劲度模量随之减小,弯拉应变随之增大,具有明显的规律;经重复加载试验验证,当胶乳掺量为3％时,乳化沥青冷再生混合料具有较好的低温性能.     

碳纳米管／环氧耐热复合材料性能研究

研究了碳纳米管／环氧树脂复合材料电性能、热氧老化性能和粘接性能。研究结果表明：添加量为2％时,复合材料的综合性能最优,表面电阻率和体积电阻率分别下降了9—10个数量级,剪切强度提高了12．33％,当老化时间达到200h,复合材料重量保持率仍有90％。制得的复合材料能够用于耐热胶粘剂和防静电材料。     

炭黑/碳纳米管/环氧树脂复合材料的导电渗流行为研究

采用超声分散溶液混合法制备炭黑/碳纳米管/环氧树脂(CB/CNTs/EP)复合材料,研究了不同几何结构的炭系填料的导电作用,并且通过体积电阻率测试和扫描电镜等手段分别对其电性能和微观形貌进行了表征与分析。结果表明,在CB/CNTs/EP复合材料中,CB和CNTs按质量比4:1填充复合体系的渗流阈值为3.8%,介于两种填料单独使用时的两个渗流阈值之间。不同结构纳米材料(CB和CNTs)的混用会在环氧树脂体系中形成更稳定的导电网络,提高了复合材料的导电性。     

碳纤维增强水泥复合材料的机敏性

采用水热热压技术制备了短切碳纤维增强水泥复合砂浆,讨论了材料本身作为探头时电阻测量信号的机敏效应,并用ＯＭ,ＳＥＭ观察了材料的显微结构。研究表明：材料结构中存在电导渗流现象,受载后材料电阻率下降并导致民导渗流阈值降低;一次加载和循环加载条件屯下的电阻变化均能反映材料在弹性、非弹性和断裂区间的应力并具有灵敏的响应;碳纤维掺量与材料断裂时电阻相对变化率呈相正比关系,但纤维长度与测量灵敏度呈反比。     

碳纳米管/水泥基复合材料导电性与力敏特性研究

为改善水泥基复合材料的导电性,通过添加一定掺量的碳纳米管,制备了碳纳米管/水泥基复合材料。采用四电极伏安法和扫描电子显微镜的测试方法研究了碳纳米管的掺量对碳纳米管/水泥基复合材料的导电性和力敏特性的影响。试验结果表明,0.05%~0.5%的碳纳米管掺量处于渗流区内,此时试件的电阻率随碳纳米管掺量的增加而降低;在循环轴压应力作用下,试件的电阻率随应力的增大而减小,随应力的减小而增大,且变化曲线呈可回复近似单调的变化规律,同时试件的电阻相对变化率以及力敏灵敏度随碳纳米管掺量的增加而增大,显示出良好的力敏特性。这表明碳纳米管/水泥基复合材料的导电性与其受载过程有着密切的关联性,从而有望用于混凝土内部应力及损伤的监测。     

聚碳酸酯／多壁碳纳米管复合材料的制备和研究

采用熔融混炼的方法制备聚碳酸酯/多壁碳纳米管(MWNTs)复合材料,研究了复合材料的表面电阻率与MWNTs用量的关系,并对材料流动性能、组织结构和形貌进行了分析.结果表明,随着MWNTs用量的增加,复合材料的电阻率呈下降趋势,MWNTs质量分数为1%～2%时为复合材料的导电阈值.在MWNTs质量分数为3%时复合材料的流动性最好;模压试样的内部比表面分布着更多的MWNTs.     

CNTs/硅橡胶纳米复合材料导电性能的研究

采用超高速剪切分散的方法制备碳纳米管(CNTs)/硅橡胶纳米复合材料.试验结果表明,CNTs在复合材料中分散效果尚可;添加CNTs后,硅橡胶体积电阻率下降明显;与羟基化多壁CNTs相比,未羟基化多壁CNTs渗流阈值较小,对硅橡胶导电性能的提高作用较明显.     

CNT-CF/水泥基材料导电性能研究

研究了碳纳米管-碳纤维水泥基材料(CNT-CF/水泥基材料)导电性能,并分析了CNT-CF/水泥基材料导电机制.研究了导电填料含量、水灰比、龄期、湿含量等因素对复合材料导电性能的影响.结果 表明:CNT-CF/水泥基材料导电性能良好,电阻率数量级控制在102 Ω·cm以下.最优导电组合配比为碳纤维掺量0.4wt％,碳纳米管掺量0.5wt％.CNT-CF/水泥基材料电阻率随碳纳米管掺量由0.1wt％增加到0.5wt％而减小,由0.5wt％增加到2.0wt％而增大.试样水灰比的提高在一定程度上能降低CNT-CF/水泥基材料电阻率.CNT-CF/水泥基材料电阻率在龄期0～7d减小趋势,在7～28 d有增大趋势.CNT-CF/水泥基材料湿含量越大,其电阻变化率越大,且二者具有良好的线性关系.     

多壁碳纳米管分散性对水泥基材料导电性能和电热特性的影响

采用分散剂、超声处理及离心机分离作用,得到分散均匀、稳定状态的多壁碳纳米管(MWCNTs)悬浮液和分散不均匀、团簇状态的MWCNTs沉淀,分别将这两种状态的MWCNTs掺入水泥净浆中,研究MWCNTs分散性对水泥基材料电学性能和电热特性的影响.结果表明:MWCNTs在水泥基体中分散均匀时,随MWCNTs掺量的增加试块电阻率下降;当MWCNTs在水泥基体中分散不均匀时,试块的导电性与MWCNTs掺量没有明确的相关性.MWCNTs水泥净浆的电阻率均随测试温度的升高不断降低,当温度超过80℃时,电阻率趋于恒定,并且MWCNTs分散均匀时,水泥净浆电阻率受温度影响的程度随MWCNTs掺量增高而减小;MWCNTs在基体中分散效果好时,水泥净浆因通电引起的升温速率和幅度随着MWCNTs掺量增大而提高.     

水性环氧树脂乳化沥青复合材料与集料粘结强度研究

为研究水性环氧树脂乳化沥青符合材料与集料的粘结性能,采用数显全自动拉脱法附着力测试仪测定了不同水性环氧掺量下,复合材料与石料基材的粘结强度,并基于粘结强度,评价了水性环氧树脂乳化沥青与集料的粘结强度,推荐了复合材料中水性环氧树脂的合理掺量.研究结果表明,水性环氧树脂和固化剂的加入,有效增加了胶结材料与集料的粘结性能,且...     

碳纳米管/环氧树脂复合材料性能研究

研究的碳纳米管/环氧树脂复合材料是导电复合材料中研究较多的材料体系。实验中为了降低体系的黏度,方便搅拌和固化成型,使用50%(质量分数)环氧稀释剂669混合E44环氧树脂作为基体。固化剂选择了常用的甲基四氢苯酐,同时添加了促进剂DMP-30,实验中采用的分散方法是普通的搅拌和超声分散。实验结果显示,碳纳米管的加入大大增加了材料的力学性能。抗弯强度从81.72 MPa增大到了130 MPa,增加了60%左右。同时碳纳米管加入后起到了增韧作用,材料的韧性明显提高。比较不同浓度下的抗弯强度可以发现,碳纳米管的浓度变换对复合材料的整体抗弯强度影响并不大。从扫描电镜照片来看,本实验制备的碳纳米管/环氧树脂复合材料的分散性并不好,碳纳米管呈现聚集分布。在电学性能上,由于碳纳米管的分散不够,导致材料的电导率偏低。阻抗分析显示,渗流阈值在0.50%(质量分数)以上。在碳纳米管分散性较好的情况下,由于碳纳米管的长径比较大,渗流阈值一般在0.1%(质量分数)以下。在介电性能方面,本实验发现碳纳米管可以显著增加材料在低频下的相对介电常数。     

炭纤维增强水泥基复合材料的导电性研究

通过向水泥基材料中添加炭纤维制备炭纤维增强水泥基复合材料(CFRC),研究了炭纤维掺量、硅粉掺量、养护龄期等因素对其导电性能的影响。结果表明,CFRC复合材料的电阻率随着炭纤维掺量的增加而减小;掺入10%的硅粉能够显著降低CFRC复合材料的电阻率;CFRC复合材料中的炭纤维掺量低于0.6%时,电阻率随着养护龄期的延长而迅速增大,炭纤维掺量高于0.6%时电阻率增加不明显。     

聚合物/碳纳米管导电复合材料研究进展

综述了聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法及其电学性能的研究进展。评述了聚合物/碳纳米管复合材料常用的制备方法,包括溶液共混、熔融共混、原位聚合等,特别强调碳纳米管在聚合物基体中的分散;介绍了采用聚乙烯、环氧树脂等为基体的碳纳米管复合材料电学性能研究的两个方面:导电渗流行为和正温度系数效应;对聚合物/碳纳米管导电复合材料研究中存在的问题如工艺改进、机理解释等进行了讨论,并展望了这一类材料的发展前景。     

PA66/胺基化碳纳米管复合材料薄膜的制备及表征

对多壁碳纳米管进行胺基化处理后,用溶液共混法制备了PA66/多壁碳纳米管复合材料,研究了碳纳米管的加入对PA66电学性能、热稳定性能、结晶行为的影响。复合材料薄膜的渗流阈值出现在碳纳米管质量分数为3%～4.5%,胺基化碳纳米管质量分数为4%时,已基本构成完整的导电网络,体积电阻率和表面电阻率均降低了8个数量级。碳纳米管的加入提高了复合材料的热稳定性能。碳纳米管在复合材料中充当了成核剂,提高了PA66的成核速度,但降低了其结晶总速度。     

CNT/CC埋置前后循环力敏特性研究

将碳纳米管分散于水泥基材料中,制备得到碳纳米管水泥基复合材料(CNT/CC)。研究了多壁碳纳米管(multj-walled nanotubes,简称MWNTs)掺量为0.05%的CNT/CC试件,探讨了相关测试参数以及龄期对试件电阻率的影响,并对比了硅灰的掺加对试件导电性能的作用。进一步研究了其在弹性范围应力作用下试件的循环压敏性能,以及埋置大试件中其循环压敏性能,探讨其用于结构应力监测的可行性。研究结果表明,10V测试电压30min时试件的电阻率相对稳定,并且当试件养护到28d后,试件的电阻率基本保持不变。未掺加硅灰后试件的电阻率远小于掺加硅灰的试件。进一步研究发现,试件电阻率能够随应力的变化呈线性变化,且呈现良好的循环性能。埋置大试件后,表现出良好的循环压敏特性,且保持相当的一致性。     

碳纳米管水泥基复合材料的力学性能和抗冻性能研究

作为新型纳米材料,碳纳米管(MWCNTs)已经应用于水泥基材料中用以改善水泥基材料性能.本文采用十六烷基三甲基溴化铵作为分散剂将碳纳米管均匀分散于水泥材料中制备成碳纳米管水泥基复合材料,并细致研究了其力学性能和抗冻性能.结果表明碳纳米管的加入能够有效的增加水泥基材料的力学性能和抗冻性能.当碳纳米管的掺量为0.1％时,碳纳米管水泥基复合材料的力学性能达到最大,其抗折强度和抗压强度分别为17.5MPa和92.3 MPa.在300次冻融循环过程中,碳纳米管水泥基复合材料的质量损失率和动弹模量变化率偏低,表明碳纳米管水泥基复合材料的抗冻性得到了增强.SEM微观分析表明,碳纳米管在水泥基材料中起到了桥联和拔出效应,能够有效的延缓和阻止水泥基材料受到外界的破坏.     

湿度和温度对MXene水泥基复合材料导电性能的影响

为研究新型水泥基材料本征传感器，本文制备了二维过渡金属碳/氮化物(MXene)水泥基复合材料。利用四电极法测试复合材料的电阻率变化，研究MXene掺量、湿度、温度对电阻率的影响，并通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观形貌。结果表明：MXene水泥基复合材料电阻率随MXene掺量的变化符合渗流理论，相对含水量的增加和环境温度的升高均会降低其电阻率，在多次升降温循环后复合材料仍具有良好的温敏性能。SEM测试表明MXene水泥基复合材料的电阻率主要由MXene导电网络的分布和接触情况决定。