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改性碳纳米管水泥基复合材料热电非平衡融冰性能 被引量:2
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作者 张梦杰 李翔 +2 位作者 乔师帅 王元 魏剑 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期49-55,共7页
采用压制成型及浇筑成型相结合的方式,制备了平板状热电水泥基复合材料融冰实验模块。通过恒流电源与数据记录仪组成的测试装置监测了室温下单块模块两侧以及水泥基复合材料融冰模块两侧的温度变化及电压变化,研究了水泥基复合材料两侧... 采用压制成型及浇筑成型相结合的方式,制备了平板状热电水泥基复合材料融冰实验模块。通过恒流电源与数据记录仪组成的测试装置监测了室温下单块模块两侧以及水泥基复合材料融冰模块两侧的温度变化及电压变化,研究了水泥基复合材料两侧的温度随通电电流大小及通电时间的变化规律,计算了试样两侧的平均温差以及额定时间内所产生的焦耳热。随着通电电流逐渐变大,两侧升温速率逐渐加快,温差也逐渐增大。水泥基复合材料(N型半导体)中的电子载流子随着电场强度的递增,其在电场中的迁移越发明显,即帕尔贴效应逐渐增强。由于水泥基复合材料与环境之间存在热交换,遂其表面温度存在上限。于冰箱中模拟了融冰实验,当通电电流分别为1.0 A、2.0 A、3.0 A时,冰块完全融化的温度虽有所差别,但实测的融冰时间与预测值基本一致。当通电电流为3 A时,正负极两侧的融冰时间相差23 min。因此,温差路面的研究对路面融冰技术的发展具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 平板状热电水泥基复合材料 表面温度分布 融冰实验 焦耳热
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水泥基复合材料Seebeck热电性能研究现状与展望
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作者 滕飞 罗健林 +2 位作者 张纪刚 冯超 高嵩 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期217-221,225,共6页
介绍了材料Seebeck效应的定义及其原理,并对比分析了水泥基材料单掺和复掺不同热电相材料(碳材料、金属氧化物、金属和部分工业废弃物)的热电性能,发现在温差作用下产生多重热电载流子的迁移和扩散作用。复掺热电相的水泥基复合材料不... 介绍了材料Seebeck效应的定义及其原理,并对比分析了水泥基材料单掺和复掺不同热电相材料(碳材料、金属氧化物、金属和部分工业废弃物)的热电性能,发现在温差作用下产生多重热电载流子的迁移和扩散作用。复掺热电相的水泥基复合材料不仅具有更高的Seebeck系数,而且其热电性能更加稳定,这对基于水泥基复合材料温差发电效应的交通结构融雪化冰、海洋混凝土结构腐蚀阴极防护等具有重要工程意义。 展开更多
关键词 水泥复合材料 SEEBECK效应 热电功能相 复掺 温差发电
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碳纤维水泥基复合材料Seebeck效应研究现状 被引量:10
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作者 魏剑 赵莉莉 +1 位作者 张倩 聂证博 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期84-89,共6页
具有显著Seebeck效应的碳纤维水泥基复合材料(Carbon fiber reinforced cement-based composites,简写为CFRC)近年来受到广泛关注。综述了CFRC的导电机理、Seebeck效应强化途径及其工程应用前景。CFRC的载流子类型主要包括离子、电子和... 具有显著Seebeck效应的碳纤维水泥基复合材料(Carbon fiber reinforced cement-based composites,简写为CFRC)近年来受到广泛关注。综述了CFRC的导电机理、Seebeck效应强化途径及其工程应用前景。CFRC的载流子类型主要包括离子、电子和空穴,并以空穴为主。碳纤维/碳纳米管掺杂,CFRC的Seebeck系数可提高至约30μV/℃;钢纤维掺杂水泥基材料表现为n型半导体,其Seebeck可达68μV/℃;金属氧化物Bi_2O_3掺杂可将CFRC的Seebeck系数稳步提高到100.28μV/℃,而ZnO和Fe_2O_3掺杂可使CFRC的Seebeck系数分别增大到3 300μV/℃和2 500μV/℃。这些研究有效地促进了CFRC在城市室外热量的转换收集、工业余热能量收集和长寿命结构健康监测传感器等领域的研究与发展。 展开更多
关键词 碳纤维 水泥复合材料 SEEBECK效应 热电性能
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热电水泥基复合材料研究现状及展望 被引量:2
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作者 樊宇澄 冯闯 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第17期141-162,共22页
与传统水泥基材料相比,掺入功能填料的水泥基复合材料不仅机械物理性能更强、耐久性更优,还能获得自主进行热能与电能互相转换的热电效应,在混凝土结构健康监测、城市建筑能量收集和融雪化冰等领域有广阔的应用前景。“双碳”目标提出后... 与传统水泥基材料相比,掺入功能填料的水泥基复合材料不仅机械物理性能更强、耐久性更优,还能获得自主进行热能与电能互相转换的热电效应,在混凝土结构健康监测、城市建筑能量收集和融雪化冰等领域有广阔的应用前景。“双碳”目标提出后,热电水泥基复合材料(TECC)逐渐引起学术和工业界的广泛关注。这种可实现温差发电的水泥基复合材料既能降低建筑道路表面温度,缓解城市热岛效应,也有助于建立清洁灵活的城市能源结构,有望成为未来最具潜力的一种建筑材料。近年来,世界各国研究人员尝试通过单掺碳纤维、碳纳米管、石墨/膨胀石墨、石墨烯及其氧化物、金属材料及其氧化物,复掺不同填料或改进制备工艺、完善分散方法等各种措施来提升TECC的热电性能,已取得不错的研究成果。研究发现,功能填料的种类及掺量是影响TECC性能的主要因素,其次是制备工艺和分散方法。目前以纳米金属氧化物填料所制备的热电水泥基材料Seebeck(塞贝克)系数增幅最大,比常规碳材料填料扩大了两个数量级,而纳米碳材料则在提高ZT值和电导率两方面更有优势。有研究者尝试将金属及其氧化物和碳材料混合掺入水泥基中取得了显著的增强效果,ZT值最高达到0.01(70℃),能量转化效率约为0.24%,足以为结构健康监测传感器等低功耗电子设备供能。然而,目前对于水泥基复合材料热电性能的研究与开发还处于摸索阶段,在实际工程中大规模应用还有许多问题亟待解决。如何在保证力学性能和耐久性的同时,增强水泥基复合材料的热电性能,提高其热电转换效率是目前热电水泥基复合材料领域的研究焦点。本文阐述了具备热电效应的水泥基复合材料TECC的热电原理,分析了不同制备工艺及分散方法对TECC热电性能的影响,总结了热电性能表征和测量各项指标的常用方法,综述了常用功能填料对水泥基复合材料热电性能的影响,并展望了TECC在实际工程中的应用前景。本综述提出了热电水泥基进一步发展所面临的挑战和需要解决的问题,提出了今后的实验设计方案和理论模型研究方向,以期为制备分散性好、热电效应优异的热电水泥基复合材料提供参考。 展开更多
关键词 水泥复合材料 SEEBECK系数 功能填料 温差电动势 热电效应
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低温循环载荷对碳纤维增强硫铝酸盐水泥基复合材料热电性能的影响研究 被引量:6
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作者 魏剑 薛飞 +3 位作者 王佳敏 范银 苏欢 郝磊 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期3503-3509,3521,共8页
将膨胀石墨和碳纤维加入到硫铝酸盐水泥基体当中,通过干压成型法制备出具有热电性能的水泥基复合材料。通过对水泥样品施加低温循环载荷(室温~-40℃~室温),测试了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的热电性能变化,研究和分析了不同循环... 将膨胀石墨和碳纤维加入到硫铝酸盐水泥基体当中,通过干压成型法制备出具有热电性能的水泥基复合材料。通过对水泥样品施加低温循环载荷(室温~-40℃~室温),测试了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的热电性能变化,研究和分析了不同循环次数下低温载荷作用对CFRC热电性能的影响,发现样品的电导率从2. 16×10^(-3)S/cm减小到1. 11×10^(-3)S/cm,Seebeck系数绝对值从33. 3μV/℃减小到了8. 67μV/℃,ZT值从7. 51×10^(-8)减小到了0. 40×10^(-8)。通过分析和计算样品活化能和载流子浓度,借助SEM图谱,发现由于低温载荷作用所产生的内应力使得材料内部产生更多的微裂纹,阻碍了电荷的传导,降低了材料电导率。此外,由于测量过程中样品要承受高温载荷,所以样品含水率会发生变化,从而使得材料Seebeck系数绝对值也有所减小,最终降低了CFRC的热电性能。 展开更多
关键词 热电性能 水泥复合材料 低温循环载荷 碳纤维
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碳纤维增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究 被引量:16
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作者 谢金 杨伟军 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期4148-4152,4159,共6页
将不同含量(0.5%,1.0%,1.5%(质量分数))的碳纤维掺入到硫铝酸盐水泥基体中,制备了碳纤维增强水泥基复合材料。通过SEM、阿基米德排水测试法、四探针法等手段,研究了碳纤维含量对增强水泥基复合材料断面结构、抗弯强度、孔隙率、电导率... 将不同含量(0.5%,1.0%,1.5%(质量分数))的碳纤维掺入到硫铝酸盐水泥基体中,制备了碳纤维增强水泥基复合材料。通过SEM、阿基米德排水测试法、四探针法等手段,研究了碳纤维含量对增强水泥基复合材料断面结构、抗弯强度、孔隙率、电导率、热导率和塞贝克系数的影响,并模拟太阳辐射进行了能量收集实验。结果表明,碳纤维均匀地分布在水泥基体中形成网格结构,碳纤维与水泥基体有很强的结合力。当碳纤维含量由0.5%(质量分数)增加到1.5%(质量分数)时,水泥基复合材料的抗压强度由71.36 MPa增加到106.51 MPa,增长了49.26%;孔隙率由0.8%增加到2.0%,增长了150.0%;电导率由0.0214 S/m增加到0.2408 S/m,增长了1025%;热导率由0.261 W/(m·K)减小到0.210 W/(m·K),减少了19.54%;塞贝克系数迅速增大,最大为1.22×10^4μV/K。当碳纤维含量为1.5%(质量分数)时,厚度为20 mm的水泥基复合材料每1 m^2可输出5~6μW的功率;在400 min辐照下,试样表面温度迅速达到70℃左右,1 m^2水泥基复合材料面板上收集到的能量高达8.1×10^-6 J。由此可知,碳纤维含量的增加,极大地提高了碳纤维增强水泥基复合材料的热电性能。 展开更多
关键词 碳纤维 增强水泥复合材料 热电性能
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石墨烯增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究 被引量:8
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作者 钱锋 刘宪昌 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期10152-10156,共5页
采用球磨法,以多层石墨烯纳米片(GNP)为增强相,制备了不同GNP含量的石墨烯纳米片水泥基复合材料(GNP/CBC)。采用场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪对复合材料的微观结构进行表征,运用四探针电导率仪和差示扫描量热仪、傅里叶红外光谱... 采用球磨法,以多层石墨烯纳米片(GNP)为增强相,制备了不同GNP含量的石墨烯纳米片水泥基复合材料(GNP/CBC)。采用场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪对复合材料的微观结构进行表征,运用四探针电导率仪和差示扫描量热仪、傅里叶红外光谱仪、霍尔效应测试仪等对复合材料的热电性能进行研究。结果表明,石墨烯增强的水泥基复合材料的电导率随GNP含量的增加而增加,在70℃、GNP含量为20%(质量分数)时,复合材料的电导率最高为16.2 S/cm,功率因数最大值为1.6μW/(m·K^2);复合材料的塞贝克系数随温度的升高而增加,在70℃、GNP含量为15%(质量分数)时,复合材料的塞贝克系数最大为34μV/K,霍尔系数最大为+0.842 cm 2/C,同时品质因数最高可达1.44×10-3。GNP/CBC可潜在地应用于建筑物的室内气候改善和城市热岛(UHI)效应缓解。 展开更多
关键词 石墨烯纳米片 水泥复合材料 热电性能 品质因数
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