水泥基壓電復合材料與應用

序

前言

第1章壓電材料概述

第2章0-3型水泥基壓電復合材料

第3章2-2型水泥基壓電復合材料

第4章1-3型水泥基壓電復合材料

第5章聚合物改性1-3型水泥基壓電復合材料

第6章壓電阻尼復合材料

第7章壓電超聲換能器及其在混凝土中的應用

第8章壓電聲發(fā)射傳感器及其在混凝土中的應用

第9章壓電阻抗傳感器及其在混凝土中的應用

第10章壓電應力/應變傳感器及其在混凝土中的應用

第11章壓電交通傳感器

后記

本書以混凝土結構健康監(jiān)測為背景，著重闡述了水泥基壓電復合材料、器件及其在混凝土工程中的相關應用。研究了不同系列的典型水泥基壓電復合材料制備工藝、結構及性能影響因素；研究了幾種典型水泥基壓電傳感器的制備工藝及性能參數，并討論了其在混凝土結構損傷監(jiān)測等工程中的應用技術，為水泥基壓電復合材料與器件在混凝土結構健康監(jiān)測領域的廣泛應用提供了重要的依據。

復合有壓電陶瓷的水泥基壓電復合材料，可以將環(huán)境中的機械能轉換為電能。利用這一特性，可以將水泥基壓電復合材料制成路面制品，將行駛車輛所施加給路面的荷載轉換為可以工業(yè)化使用的電能，還可以將水泥基壓電復合材料制成傳感器，用于土木結構健康監(jiān)測?；谶@一背景，本項目開展了如下幾個方面的研究工作，在壓電陶瓷纖維制備工藝和理論方面，研究了塑性聚合物法制備PZT-51壓電纖維的基本工藝，確定了原材料的配比，纖維擠制工藝、燒成制度和泥料中的有機物含量對PZT-51壓電纖維結構和性能的影響；采用溶膠-粉末法制備了PZT-51壓電纖維，研究了PZT溶膠與PZT-51預燒粉的摩爾比、PZT溶膠中的加酸量和加水量、纖維直徑等對纖維性能的影響；在壓電纖維與水泥基體復合方法方面，制備了0-3型水泥基壓電復合材料，研究了PZT-51陶瓷顆粒粒度、顆粒級配、顆粒形狀等對0-3型水泥基壓電復合材料壓電性、介電性和機電耦合性能的影響；制備了1-3型水泥基壓電復合材料，研究了PZT-51壓電纖維體積含量對1-3型水泥基復合材料壓電性、介電性及機電耦合性能的影響；提出了0-3-1型水泥基壓電復合材料的概念,并制備0-3-1型水泥基壓電復合材料，對比了其與0-3型水泥基壓電復合材料性能的差別。在高性能水泥基復合材料方面，制備了抗折強度為21MPa、抗壓強度為120MPa的活性粉末混凝土。此外，本項目還應用Simplorer軟件分析了水泥基壓電復合材料的能量收集效果；研究了壓電堆的集能理論以及壓電聚合物的制備方法，發(fā)現了摻雜碳納米管可以提高壓電復合薄膜的壓電性能，并探討了其機理。 2100433B

PVDF的主要缺點是受使用溫度的限制，一般不能超過100℃，而壓電陶瓷的使用溫度可達20℃，由于壓電陶瓷與聚合物在力學性能和介電性能方面存在很大差異，故二者復合可以優(yōu)勢互補，克服壓電陶瓷的脆性和壓電聚合物受溫度限制的缺點。壓電復合材料的出現、應用和發(fā)展始于20世紀80年代初期，將壓電聚合物和壓電陶瓷按一定的組分比例(如體積比或質量比)、空間幾何分布及連通方式復合在一起，使之兼具壓電陶瓷和壓電聚合物的優(yōu)點，并且能夠成倍地提高材料的壓電性能。例如壓電陶瓷的壓電應變系數較高，但是它的壓電電壓系數卻較低，這限制了它在超聲測量方面的應用，壓電復合材料很好地克服了這個缺點。由于壓電性具有張量性質，故可以根據條件計算出復合材料性能的優(yōu)值，再通過設計及復合工藝提高這些優(yōu)值的張量系數，而減小另一些張量系數，從而實現復合后的性能優(yōu)勢。