一種PZT/CNT水泥基壓電複合材料的製作方法

2023-08-06 21:33:11 2

本發明涉智能材料技術領域，具體涉及一種PZT/CNT水泥基壓電複合材料。

背景技術：

隨著經濟的發展和科學技術的進步，許多大型複雜工程結構得以興建，如超大跨橋梁、用於大型體育賽事的超大跨空間結構、超高層建築、大型水利工程、海洋平臺結構以及核電站建築等，它們的使用期長達幾十年、甚至上百年，環境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應、疲勞與突變等災害因素的耦合作用將不可避免地導致結構和系統的損傷積累和抗力衰減，從而在極端情況下引發災難性的突發事故。為了保障結構的安全、可靠，許多在役重大工程結構和基礎設施急需採用有效的手段監測和評定其安全狀況；新建的大型結構和基礎設施在總結過去經驗的基礎上增設了長期健康監測系統，以監測結構的服役安全狀況。結構健康監測已成為國際土木工程領域的前沿研究方向。

PZT是一種具有較高的的居裡溫度、壓電係數，易於摻雜改性，具有較好的穩定性的壓電陶瓷材料，是在結構健康監測重點考慮的使用材料之一。但是，難以極化的工藝特點以及與建築材料的相容性極大地制約其在結構健康監測的應用。CNT則是一種具有良好的熱力學性質、場發射特性、電學性能、化學與電化學性能的納米材料；水泥是建築中應用的最廣泛的的膠凝材料材料之一；不能預計，PZT、CNT、水泥複合所形成的複合材料將擁有許多結構健康監測需要的特性，這也將是智能材料一個重要發展的方向。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種工藝簡單、與建築結構相容性良好的智能材料。

為了實現上述目的，本發明技術方案是：PZT/CNT水泥基壓電複合材料的PZT、CNT、水泥的質量比為75:1:24。

進一步優選，PZT是由醋酸鉛、硝酸氧鋯以及鈦酸丁酯為原料，採用溶膠-凝膠法製備而成。

進一步優選，CNT需要經過質量分數為69％的硝酸溶液和質量分數為36.5％的鹽酸以1:3的體積比配置而成混酸溶液羧基化處理。

進一步優選，水泥採用硫鋁酸鹽水泥。

本發明具有以下有益效果：PZT/CNT水泥基壓電複合材料具有製備工藝簡單、與建築結構相容性良好的特性。

具體實施方式

接下來對本發明的實施方式做具體說明，但不應該將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實施例，凡基於本發明上述內容實現的技術均屬於本發明的範圍。

1.PZT的製備

首先，按照醋酸鉛、硝酸氧鋯、鈦酸丁酯將醋酸鉛以1:0.52：0.48物質的量比，稱取原料，並醋酸鉛、硝酸氧鋯溶於50ml的蒸餾水中，在磁力攪拌器中攪拌0.5h形成先驅體溶液；其次，以15％的質量濃度配置出鈦酸丁酯的乙二醇溶液；再次，將鈦酸丁酯的乙二醇溶液倒入先驅體溶液在磁力攪拌器中持續攪拌2h形成PZT溶膠；最後，將PZT溶膠烘乾形成幹凝膠，幹凝膠在800℃條件下煅燒2h形成PZT。

2.CNT的處理

首先，將質量分數為69％的硝酸溶液和質量分數為36.5％的鹽酸以1:3的體積比配置而成混酸溶液；其次，在100ml混酸溶液加入0.5g的CNT，並在超聲攪拌2h；再次，將含有CNT的混酸溶液反覆過濾、稀釋直至含有CNT的溶液PH值呈中性；最後，將CNT的溶液烘乾形成CNT粉體。

3.PZT、CNT與水泥的混合

將PZT、CNT、水泥以75:1:24的質量比稱取5g，以無水乙醇為分散劑，將PZT、CNT、水泥在60℃條件下超聲乾燥直至無水乙醇完全蒸發形成PZT/CNT水泥基壓電複合材料。