碳纤维的分散性与CFRC复合材料的导电性

借助超声波和新型分散剂羟乙基纤维素的预分散,实现了短碳纤维在水泥基体中的均匀分散,在扫描电镜下观察了硬化试件的断口形貌,讨论了碳纤维掺量、长度、水灰比对碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)导电性的影响.结果发现,CFRC的电阻率随碳纤维掺量的增加呈下降趋势,随水灰比的增加先降低后逐渐上升;采用振动压制成型时,电阻率比振动成型时大幅度下降.     

碳纤维/水泥基复合材料微观结构及机敏特性

以普通硅酸盐水泥为基体材料, 以碳纤维为功能组分, 采用压力成型法制备了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC) 。用SEM 和孔结构分析仪对复合材料的微观结构进行了分析, 同时研究了其机敏特性。结果表明:较大成型压力制备的复合材料孔隙率明显低于较小成型压力制备的复合材料。不同成型压力制备的复合材料电阻率均随温度升高而呈先增大后减小的趋势。较小成型压力制备的CFRC , 其临界温度为75～100 ℃; 较大成型压力制备的CFRC , 其临界温度为100～120 ℃。循环载荷下, 碳纤维水泥基复合材料电阻的相对变化与载荷之间呈现明显的一一对应关系, 较大成型压力制备的CFRC 在每个循环过程中电阻相对变化的幅度明显大于较小成型压力制备的CFRC , 更适合应用于结构的实时、动态的健康监测和损伤评估。      

CNT-CF水泥基材料传感特性研究

将碳纳米管与碳纤维混杂掺入水泥基材料制备碳纳米管-碳纤维(CNT-CF)水泥基材料,并研究其温敏和压敏传感特性。结果表明,当碳纳米管掺量较低时(0.5%),碳纳米管能有效提高CNT-CF水泥基材料的温敏和压敏特性;CNT-CF水泥基材料的活化能、温敏系数以及压敏传感线性程度和重复度均随碳纳米管掺量增加而提高;随着碳纳米管掺量继续增加,CNT-CF水泥基材料各项传感性能均有所下降。碳纳米管掺量为0.5%的试样传感特性最优。利用CNT-CF水泥基材料开发水泥基温敏、压敏传感器有一定应用前景。     

磁选粉煤灰对CFRC压敏性的影响

改善碳纤维增强水泥(CFRC)的压敏性有助于提高其感知应力应变的能力。采用两电极法研究了磁选粉煤灰部分取代水泥对CFRC压敏性的影响,分析了磁选粉煤灰掺量、铁氧化物含量等因素影响CFRC压敏性的规律及机理。结果表明,碳纤维质量掺量≤0.8%时,用铁氧化物含量达到30%的磁选粉煤灰取代20%～30%的水泥来制备CFRC时可以显著改善CFRC的压敏性;碳纤维质量掺量为1.2%时,掺加磁选粉煤灰不利于提高CFRC的压敏性;磁选粉煤灰对采用最大长度为3和5mm的碳纤维制备的CFRC的压敏性具有显著改善效果。掺加适量磁选粉煤灰使CFRC在碳纤维掺量较低时仍然可以获得良好压敏性,并显著降低CFRC的制备成本。     

磷酸盐水泥碳纤维复合材料的导电性能研究

以高掺量粉煤灰磷酸盐水泥为基体,短切碳纤维为功能材料,制备出了磷酸盐水泥碳纤维复合材料(PCFC),同时制备了碳纤维硅酸盐基复合材料(CFRC),并利用压力试验机、交流电桥和SEM对二者的基本力学性能、导电性能及内部碳纤维分布进行了对比研究。此外还考察了碳纤维掺量、龄期对PCFC导电性能的影响。结果表明,PCFC相比CFRC在同等碳纤维掺量的情况下力学增强效果更好、导电性能更为优越;机理分析表明PCFC中存在二次"渗流"现象,而CFRC试体中则没有。SEM照片显示碳纤维掺量较高时,PCFC中的碳纤维分散得更好;龄期实验结果表明,当碳纤维掺量超过1.4%时,龄期对PCFC的导电性影响较小,具有良好的导电稳定性。     

碳纤维增强水泥基复合材料的吸波性能研究

利用弓形反射法(NRL)测试了碳纤维掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%(质量分数)时碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)在低频段4～8GHz和高频段8～18GHz时的反射率,讨论了纤维掺量、频率、反射率之间的关系.结果发现,在纤维掺量相同条件下:低频段时,反射率＜-10dB,CFRC表现出吸波性;高频段且纤维掺量超过0.6%(质量分数)时,反射率＞-10dB,CFRC对电磁波表现出反射性.随着纤维掺量的增加,低频段时反射率先降低、后又有所回升,吸波性由弱变强、又变弱,纤维掺量为0.6%(质量分数)时出现最小反射率-15.0dB;高频段时反射率总体上呈上升趋势,材料对电磁波的反射性越来越强,纤维掺量为0.4%(质量分数)时出现最小反射率-19.4dB.     

掺CCCW的碳纤维石墨水泥基复合材料的导电及压阻特性

利用四电极法研究了内掺水泥基渗透结晶防水材料(CCCW)的碳纤维石墨水泥基复合材料试样(40 mm×40 mm×40 mm)的导电特性及其在循环荷载作用下的压阻特性,分析讨论了碳纤维石墨水泥砂浆的体积电阻率及压阻特性随石墨掺量的变化规律。碳纤维和CCCW的掺量分别为水泥质量的1%和4%;石墨掺量分别为水泥质量的0%、10%、20%、30%、40%和50%。结果表明,添加CCCW的碳纤维石墨砂浆试样的体积电阻率随石墨掺量的增加迅速下降,并存在渗滤现象,渗滤阈值为20%左右。在循环荷载作用下,不同石墨掺量试样的电阻和应力存在一定的对应关系。石墨掺量为水泥质量的20%～30%时,碳纤维石墨水泥砂浆试样的体积电阻率与压应力呈现良好的可重复性,电阻值在应力加载时几乎呈线性下降,而卸载时增加。     

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的电学特性

综述了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)电学特性的研究进展,探讨了CFRC的电磁屏蔽性能和导电性能研究中的相关问题,阐述了原材料、配合比和表面处理对CFRC电磁屏蔽性能的影响,明确了碳纤维分散性和试验方法对CFRC导电性能的影响规律以及CFRC在工程结构中的应用状况,展望了CFRC的发展方向,指出碳纤维分散性、测试方法、温度和应力等多因素条件是CFRC电学特性将来的研究重点.     

碳纤维水泥基材料的电热效应

研究了碳纤维水泥基材料(CFRC)的电热效应,包括最大温升与外加功率的关系、升温规律和降温规律等。结果表明:CFRC材料的最大温升与其外加功率满足良好的线性关系;其升温曲线和降温曲线可由特定的表达式来描述,且外加功率越大,升温速率越大。这一研究对碳纤维水泥基材料在海工工程上的应用具有重要意义。     

电子束辐照对氧化锌纳米线Ⅰ-Ⅴ特性的影响

在扫描电镜中,采用纳米微操纵仪构成一个2探针电流-电压(I-V)测试装置.测试了单根ZnO纳米线接触钨电极构成的金属-半导体-金属(M-S-M)结的I-V特征曲线.ZnO纳米线的I-V曲线呈现出较弱的肖特基特性.研究了电子束辐照对ZnO纳米线的I-V曲线的影响.30 keV电子束辐照使ZnO纳米线的总电阻减小.计算得到ZnO纳米线的电导率σ=0.24 S/cm,载流子浓度n=1.64×1016 cm-3.为了对比,还测试了单根碳纤维接触钨电极的I-V特征曲线.在30 keV电子束辐照下,碳纤维的总电阻保持不变,电导率σ＝22 S/cm.     

碳纤维水泥基材料导电性与压敏性的试验研究

首先用正交试验研究了分散剂、消泡剂和水灰比对碳纤维水泥浆扩展度和水泥石导电性的影响,而后研究了碳纤维长度对水泥石导电性的影响,最后研究了复合6mm长碳纤维水泥石的压敏性.结果表明:碳纤维水泥石配合比决定了纤维和水泥粒子的分散性,也最终决定了材料的导电性;碳纤维长度越长、掺量越大,对水泥石导电性的改善效果越好,6 mm长碳纤维的渗流临界体积率在0.278%左右,而3 mm长碳纤维的渗流临界体积率在0.54%左右;一次压载至破坏前,复合有0.18%到0.5%碳纤维的水泥石的电阻率具有17%到35%左右的线性降低趋势,且处于渗流区的变化率大于处于过渗流区的情况.     

极化效应对碳纤维增强水泥（CFRC）导电性的影响

研究了碳纤维地强水泥导电时的极化效应。实验表明：极化效应对ＣＦＲＣ导电性有不可忽视的影响。调整碳纤维含量，可以控制极化效应，随着记龄期延长，极化效诮明显减小。     

Experimental Study on Deicing Performance of Carbon Fiber Reinforced Conductive Concrete

Carbon fiber reinforced concrete (CFRC) is a kind of good electrothermal material. When connected to an external power supply, stable and uniform heat suitable for deicing application is generated in the CFRC slab. Electric heating and deicing experiments of carbon fiber reinforced concrete slab were carried out in laboratory, and the effect of the temperature and thickness of ice, the thermal conductivity of CFRC, and power output on deicing performance and energy consumption were investigated. The experimental results indicate that it is an effective method to utilize the thermal energy produced by CFRC slab to deice. The time to melt the ice completely decreases with increasing power output and ice temperature, and increases with increasing thickness of the ice. The energy consumption to melt 2 mm thickness of ice varies approximately linearly from 0.556 to 0.846 kW·h/m2 as the initial temperature ranges from -3℃ to - 18℃. CFRC with good thermal conduction can reduce temperature difference in CFRC     

Self-adjustment of Carrying Capacity of Concrete Embedded with CFRC

By heating up the embedded carbon fiber reinforced cement based material （CFRC）, the carrying capacity and deformation of concrete member could be adjusted. The relationship between temperature difference and expansion strain of CFRC was demonstrated, and the temperature-deformation-load effect of concrete embedded with CFRC was studied. Heating the CFRC up to different temperatures resulted in different degree of inner pre-stress in concrete. Thus, the load capacity of concrete could be regulated owing to counteracting the pre-stress.     

Electrical conductivity of self-monitoring CFRC

The present work is concerned with the analysis of the electrical conductivity in carbon fiber reinforced cement composites and of the main parameters influencing the phenomenon: fiber volume fraction, fiber length, hydration time and sand–cement ratio. AC measurements were carried out on CFRC (carbon fiber reinforced cement) and the experimental results were analyzed using the percolation theory. The present study could be useful for the adoption of CFRC as a smart material.     

基于隧道效应的CFRC材料的导电模型

从碳纤维增强水泥基(CFRC) 材料导电机理出发, 建立了一个描述CFRC 材料导电性的数学模型, 并推导了这种材料电导率与材料内部微观结构参数、载流子运动参数的关系。以该模型分析CFRC 材料的力敏性, 其理论规律与实验结果基本一致, 从而验证了CRFC 导电模型的合理性。      

碳纤维增强水泥基复合材料屏蔽性能的研究

现代电子技术的迅速发展不可避免地带来了电磁辐射所造成的环境污染.选择合适的屏蔽材料,利用其反射、吸收、多层反射等功能是消除电磁污染的有效手段.碳纤维除具有高弹性、高模量、低密度、耐腐蚀等优良性能被当作许多复合材料的增强体外,还具有良好的导电性,将其加入到水泥基体中制成碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC),不仅使水泥自身力学性能得到改善,而且可作为防止电磁辐射或核辐射的优良屏蔽体.     

CFRC梁拉敏性试验研究

碳纤维混凝土（CFRC）是在普通混凝土中均匀加入一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维而构成的一种同时具有良好力学性能和机敏性能的本征型智能材料．由于碳纤维具有导电性能，把碳纤维加入混凝土中能改善混凝土的导电性。通过试验，研究了将碳纤维加入普通的钢筋混凝土梁后构件的拉敏性能，试验结果表明，CFRC构件的电阻变化与荷载、应变、挠度、裂缝发展具有相应的对应关系，并通过试验数据，回归出CFRC电阻变化与构件荷载之间的对应关系，为CFRC在结构健康监测中的应用提供了理论依据和量化关系。