高分散性碳納米管-水泥基復(fù)合材料壓敏性能與導(dǎo)電機(jī)理.pdf

1、利用碳納米管提高水泥基體的電導(dǎo)率，作為全壽命傳感器檢測土木結(jié)構(gòu)的健康狀況極具應(yīng)用前景。然而碳納米管的分散問題一直是制約其廣泛應(yīng)用的瓶頸。本文研究了在超聲作用下碳納米管的變化及其在水泥基體中的分布。并分析了碳納米管導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，以及復(fù)合材料電阻在不同因素作用下的變化。
　　碳納米管在低表面張力的無水乙醇中容易解聚，且溶劑沸點較低，利于去除。碳納米管在超聲空化作用下會被解聚，隨著時間的增加，團(tuán)簇的尺寸逐漸減小。而尺寸小于1μm時，將

2、會重新聚集。因此，本文將碳納米管先在無水乙醇中超聲1h，然后在繼續(xù)超聲的同時加入水泥粉末抑制碳納米管的團(tuán)聚。去除溶劑后與水混合，制備出高分散性碳納米管/水泥復(fù)合材料。碳納米管添加量為0.01％時，抗彎強(qiáng)度提高14.23%。
　　通過測試復(fù)合材料在濕度和溫度變化下、鹽溶液中浸泡下電阻的變化，得到經(jīng)過80℃干燥24小時后，碳納米管含量高于渝滲閾值的復(fù)合材料電導(dǎo)率較室內(nèi)存放的高約3倍；碳納米管含量為0.1%的干燥試樣電導(dǎo)率隨著在鹽溶液中

3、浸泡時間的增加而降低直至穩(wěn)定，電導(dǎo)率為初始值的14%；干燥的復(fù)合材料電導(dǎo)率不隨溫度的變化而變化，經(jīng)過在水中浸泡5min后，電導(dǎo)率隨溫度的降低而將小。電導(dǎo)率變化主要來源于碳納米管間搭接電阻的變化。
　　對于低滲流閾值的復(fù)合材料，其循環(huán)壓敏特性與力的加載方式以及導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的骨架相關(guān)。在小于5MPa壓荷載作用下，當(dāng)CNT含量為0.2%時，電阻隨力的增大而減小了近4.5%；當(dāng)碳納米管含量為0.5%時，電阻隨力的增大而增大近15%。在5-10

4、MPa作用區(qū)間，電阻隨力的增大而線性減小，變化幅度為0.5%。
　　在碳納米管含量為0.1%時，復(fù)合材料的電導(dǎo)率較純水泥凈漿提高了近2個數(shù)量級，由4.92×10-5 S/m提高到了1.59×10-3 S/m。結(jié)合其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)碳納米管在基體中均勻分步。通過對復(fù)合材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，結(jié)果表明在滲流閾值附近臨界指數(shù)隨碳納米管含量增大而增大，骨架密度隨之減小，從而導(dǎo)致復(fù)合材料電導(dǎo)率增長緩慢。
　　對于高分散性碳納米管水泥復(fù)合材