水泥基压电复合材料的制备及其性能研究

但具有 感知功 能 ，而且 具有驱动功 能 ，其制备 工艺简单 ，造 价低 ，非常适 合于 土木工程领域 中智 能材料 的发展需要 ，因此 ，研 究与 开发该类 压电复合材 料对于推 动各类土木 工程结构 向
智 能化方向发展有 着广泛 的工程应用 意义和学 术价值 。本 文采用压制成 型法和切割 … 填充 法分别先 备了０ ３ ０ — 型和 １ ３ — 型水泥基 压电复合材料 ，重 点研 究了其压电性 能和介 电性能 。
０ 引 言
水 泥基 压 电 智 能 复合 材 料 是 近 年 来 才 刚 刚 发 展 起 来 的一 种 新 型 的功 能 复 合 材 料 。在 各 类 建 筑
向 智 能化 发 展 的 背景 下 ，人 们 愈 加 重 视 水 泥 基 复
大 大 提 高 压 电 机 敏 材 料 的传 感 精 度及 驱 动 力 。因
究 了该 复 合 材 料 的 机 电性 能 和 机 械性 能 ， 目的 是
机 粘 合 剂 的加 入 必 然会 给 极 化 带 来 困难 。另 外 ， 这种 方 法制 备 的试 样 往 往 含 有 大 量 气 孔 ，会 导致 极化 困难 ，影 响 复合材 料性 能 的提高 。
为 消 除 结 构 缺 陷 对 复 合 材 料 性 能 的影 响 ， 本 研 究 采 用 压 制 成 型 方 法 ，来 提 高 水 泥 基 压 电 复 合 材料 的 致 密 度 ； 以快 硬 早 强 的 硫 铝 酸 盐 水 泥 为基 体 制 备水 泥基 压 电复合 材料 。 原料 ：硫 铝酸 盐 水泥 ，其 性 能 如 表 １ 示 ，压 所
关键词 ：水泥基压 电复合材料 ；压 电性 能 ；介 电性能
中 图分 类 号 ：Ｔ ３ １ Ｐ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ — １４ ２１ ） （ ） ｏ ７ ０ ９ ０ （ ０ １ ６ 上 －ｏ ９ － ４ ０ ３
Ｄｏ： ．９ ９ Ｊ ｉ ｎ １ ０ － １ ４ ２ １ ．（亡 ．９ ｉ １ ３ ６ ／ ． ｓ ．０ ９ ０ ．０ １ ６ ） ２ ０ ｓ ３
土 之 间 具 有 良好 的 相容 性 。 当压 电 陶瓷 体 积 分 数
在４ —０ ０５ ％之 间 时 ，即 可 将 复合 材 料 的 声 阻抗 特性
调节 到与混凝 土母体 结构材 料相 匹配的状 态（ 达 到 ９０ ０ ｇｍ２ 左 右） ． ×１ ６ｋ ／ － ｓ ；在Ｐ Ｔ 量 相 同的 情 况 Ｚ 含
研 究 。 ”
１ — 型 水 泥基 压 电复 合材 料 的 制备 ０ ３ 和 性 能
０３ 压 电 复合 材 料 是指 具 有 压 电活 性 的粉 末 —型 分 散于 三维 连续 的基 体 中形成 的复 合材料 。迄 今为 止 ，人们 研制该 材料主 要是 以聚合物 为基 体 ，而 ’
增 加 压 电 陶 瓷 微 粒 在 新 鲜 水 泥 基 体 内 活 动 的 阻 力 ，限 制和 减小 其 发生 不均 匀 沉降 的幅 度 ，而 有
用 常 规 的 成 型 技 术 于 ２ ０ 年 首 次 制 备 了０ ３ 水 ０２ —型 泥基 压 电复 合材 料 ，通 过 调节 复合 材 料组 分 的 比例 ， 可 以使 ０ ３ 水 泥基 压 电 复 合 材 料 与 混 凝 —型
此 ，该 类 复 合 材 料 的 研 究 与 开 发 对 于推 进 各 类 土
木 工 程 结 构 向智 能 化 方 向 发 展具 有广 泛 的工 程 应
用 意义 。
合 材料 向智 能 化 方 向发 展 ， 以使 智 能 建 筑 更 加 简 洁 ， 可靠 和 高 效 。 以 目前 的 科 技 水 平 ，制 备 完 善 的 水 泥基 智能 复合 材 料 还 相 当 困难 和 难 以实 现 ， 但 在 开 发水 泥 基 机 敏 复 合 材 料 方 面 己进 行 了一 些
以 水 泥 作 为 基 体 的 研 究 很 少 见 报 道 。 由 于 压
目前 ，国 内 外 仅 见 香 港 科 技 大 学 报 道 过 这 方 面 的研 究工 作 ，Ｌ ｏ ｇｉ等 以 白水 泥为 基体 ，采 ｉ ｎｊ Ｚ ｎ
电 陶 瓷 的 密 度 （ ７ ０ ｋ ／ 与 水 泥 基 体 的 密 ０ ｇｍ ） ５ 度 （ ２ ０ ｋ ／ ） 差 悬殊 ，达 一 特性 为 水 泥基 压 ０ ０ ｇｍ 相 一 电机 敏 复合 材 料 的 制 备 成 型 带 来 了困 难 。如 果 成 型 方 法 不 当 ，必 然 导 致 压 电陶 瓷 颗 粒 在 水 泥基 体 中 发 生 沉降 而 偏 析 。 目前 制 备 型 ，采 用 此法 时 ， 往 往 要 加 一 些 有机 粘 合 剂 来 增 加 流 体 的 粘性 ， 以
ｌ 匐 化 造
水泥 基 压 电复 合 材 料 的制 备 及 其 性 能 研 究
Ｓｔ ｕｄｙ ｏｎ ｆ ａｂｒ ｃ ｉ ｉ ａｔ ｏｎ ａｎｄ ｐｒ ｏｐｅｒ ｉ ｔ ｅｓ ｏｆ ｃｅｍ ｅｎ － ｔ ｂａｓ ｅｚ ｅｄ ｐｉ ｏｅｌ ｅｃｔ ｉ ｒ ｃ ｃｏｍ ｐｏｓ ｔ ｓ ｉｅ
刘 明凯 ，任 秋荣 ，李 向召
Ｌ Ｕ Ｍ ｉｇ ｋ ． Ｉ ｎ — ａｉＲＥＮ ｕ ｒ ｎ ， Ｉ ａ ｇ ｚ ａ Ｑｉ－ｏ ｇ Ｌ ｎ － ｈ ｏ Ｘｉ （ 阳 师 范 学 院 建 筑 工 程 学 院 ，安 阳 ４ ５ ０ ） 安 ５ ０ ０
摘
要 ：水泥基压 电复合材料可有效解决传统智 能材料 与混凝 土母体结 构材 料之 间的相容 性问题 ，它不
下 ，其极 化 电 压远 远 小 于 聚合 物 基０ ３ 电复 合 材 ．压
料 的 ，而 压 电性 能 和机 电 祸合 系数 却 高于 后 者 。
Ｌ ｏ ￣ｉ等人 还制 备 了２２ 连通 方 式的 水泥 基 压 ｉ ｎ ｎ Ｚ —型 电机 敏 复 合材 料 ，在 ０１ ５ Ｈｚ 频 率 范 围 内 ，研 ．－ ０ 低