环境载荷对膨胀石墨_碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响研究

《环境载荷对膨胀石墨_碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西安建筑科技大学硕士学位论文环境载荷对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响研究专业：材料学硕士生：薛飞指导教师：魏剑教授摘要热电水泥基复合材料是一种能够将热能转化为电能的智能建筑材料，它可以实现城市废热、余热的再利用，降低城市的热岛效应。正常服役环境中的热电水泥材料必然会受到环境载荷的作用，影响材料热电性能，研究环境载荷对水泥基材料的热电性能影响对于促进热电水泥基材料的发展与应用具有重要意义。本文首先制备出膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料（ExpandedGraphite/CarbomFiberReinforcedCement-basedCo

2、mposites，简称EGCFRC），研究了应力、疲劳载荷、冻融循环载荷和低温循环载荷对EGCFRC电导率（σ）、Seebeck系数（S）、功率因数（PF）及热电优值（ZT）的影响规律，并阐明环境因素对其热电性能的影响机理，研究了冻融循环对[Bmim]Br-EGCFRC热电性能的影响规律。主要内容如下：（1）研究了EGCFRC在不同应力（0、1.0、2.0、3.0、4.0MPa）作用下的热电性能变化规律。结果表明：随着应力的不断增大，EGCFRC的电导率逐渐增加，Seebeck系数绝对值逐渐降低。30℃时，无应力作用的EGCFRC电导率最小，约-3为1.0

3、6×10S/cm，Seebeck系绝对值为79.98μV/℃；而应力为4.0MPa时，由于材料密实度增大，气/固界面减少，载流子的迁移率增大，导致其电导率增加到了5.48S/cm，Seebeck系绝对值降低到了4.87μV/℃。此外，随着应力的增加，其热电优值总体呈现先降低，后增大再降低的趋势。当应力为4.0MPa时，样品的热电-10优值达到最小，约为1.72×10，比无应力时减小3个数量级。（2）研究了在不同疲劳载荷水平（1.0、1.5和1.8kN）下，不同疲劳次数（0、2500、5000、7500和10000次）对其热电性能的影响。结果表明：随着疲劳次

4、数的增加，材料的孔隙率增加，抗压强度下降，微裂纹增多。在电导率方面，疲劳西安建筑科技大学硕士学位论文载荷会降低材料的电导率，疲劳载荷越大，进行的疲劳次数越多，材料的电导率下降越明显。当疲劳载荷为1.5kN时，30℃下经过10000次疲劳载荷作用后，样-3-3品的电导率从2.06×10S/cm降低到了0.73×10S/cm。在对Seebeck系数的影响上，当疲劳载荷一定时，随着疲劳次数的增大，EGCFRC的Seebeck系数绝对值先增大后减小，当疲劳次数为2500次时，材料的Seebeck系数绝对值最大，约为43.88μV/℃。（3）研究了-30至95℃冻融

5、循环载荷（循环次数分别为0、10、20、30、40和50次），对EGCFRC和[Bmim]Br-EGCFRC热电性能的影响规律。结果表明：冻融循环载荷会降低EGCFRC的热电效应，随着冻融次数的增加，材料的电导率、Seebeck系数绝对值和热电优值降低。在80℃条件下，经50次冻融载荷作用的-8-11EGCFEC热电优值从8.40×10减小到7.40×10，降低约3个数量级。随着冻融循环载荷次数增加，[Bmim]Br-EGCFRC的Seebeck系数绝对值呈现出先增大后减小的趋势，10次冻融载荷作用后[Bmim]Br-EGCFRC的Seebeck系数绝对值

6、获得最大值（745.69μV/℃）。随着冻融循环次数逐渐增加，[Bmim]Br-EGCFRC电导率逐-3-3渐降低，50次冻融循环后其电导率从3.15×10S/cm降低到2.47×10S/cm。（4）研究了低温循环载荷初始过程（-30℃~室温，循环次数0-4次），对EGCFRC热电性能的影响。结果表明：低温循环载荷的作用会增加材料内部的微裂纹数量，增大其活化能和载流子浓度，降低载流子的迁移率，使得材料的电导率和Seebeck系数绝对值下降。30℃下，经历了4次低温循环载荷作用后的EGCFRC-3-3电导率从2.16×10S/cm下降到1.11×10S/cm

7、，Seebeck系数绝对值从33.30μV/℃下降到了10.87μV/℃；同时，低温循环载荷的作用也使得材料的热电优值不断降-8低，经历4次低温循环载荷作用后EGCFRC的热电优值从7.51×10降低到了-80.40×10。关键词：水泥基复合材料；碳纤维；环境载荷；热电性能；载流子本研究得到国家自然科学基金面上项目（51578448）、国家自然科学青年基金项目（51308447）、陕西省自然科学基础研究计划-重大基础研究项目（2017ZDJC-18）和留学人员科技活动择优资助项目（陕人社函[2016]789号）的资助。西安建筑科技大学硕士学位论文Effec

8、tofEnvironmentalLoadonThermoelect