3D打印石墨烯基智能水泥复合材料性能研究

发布时间：2023-01-11 05:25

　　石墨烯作为一种新型的二维碳基纳米材料,具有优异的力、电、热等性能,将其引入水泥基复合材料中,改善其水化作用和粘结效应具有显著的影响,可改善水泥基复合材料的宏观性能以促进建筑的可持续性发展。但存在分散性差等关键问题,并存在掺合型导电阈值,限制了其在水泥基材料中的应用。3D打印技术又称增材制造工艺,是以一种数字模型文件为基础,基于精确物理物质和快速成型的工艺。通过逐层打印的方式来构造宏观物体的技术,且兼具规模化制备、形状可控、结构化可精确剪裁设计等优势,已有大量的研究者开始将其应用于石墨烯功能材料研究领域。因此,本论文基于3D打印“增材”技术构筑的三维石墨烯碳基导电相,具有丰富的孔隙结构、超高的导电率、应变可恢复（＞90%）、轻质和稳定的导电网络结构,提高了水泥基材料的导电能力并使其获得自感知能力和良好的机敏性,实现了三维石墨烯导电功能相在水泥基材料中的结构、功能一体化可控构筑,为水泥基复合材料的多功能和智能化构建研究提供科学依据和技术支撑。研究的主要内容如下:（1）采用超声辅助和添加聚羧酸类高效减水剂等方式实现对水泥净浆的流变特性调控,结合3D打印技术实现了导电功能相-三维石墨烯材料的可... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及研究意义
    1.2 国内外的研究现状及发展动态
    1.3 课题来源与主要研究内容
    1.4 研究思路
第二章 3D石墨烯基水泥复合材料的制备及结构分析
    2.1 引言
    2.2 3D打印石墨烯的可控制备
        2.2.1 可控制备流程
        2.2.2 GO墨水的流变特性
        2.2.3 3DGA的力学性能
        2.2.4 3DGA的导电性能
    2.3 水泥净浆的调控
        2.3.1 超声辅助时间的影响
        2.3.2 减水剂掺量的影响
        2.3.3 水泥净浆对不同孔径石墨烯骨架的可灌性测试
    2.4 3D打印石墨烯基水泥复合材料的制备
    2.5 材料结构表征
        2.5.1 3DGA的 SEM形貌
        2.5.2 水泥的SEM形貌
        2.5.3 3DGACC的 SEM和 EDS分析
    2.6 本章小结
第三章 3D打印石墨烯-水泥复合材料的自感应和机敏性性能研究
    3.1 引言
    3.2 3DGA掺量对电学性能的影响
    3.3 水化过程对电学性能的影响
    3.4 含水率对电学性能的影响
    3.5 3D打印石墨烯基智能水泥复合材料的温阻特性研究
        3.5.1 温阻特性实验设计
        3.5.2 3DGACC的温度信号响应特性
        3.5.3 温阻疲劳特性
    3.6 3D打印石墨烯基-水泥复合材料的压敏性研究
        3.6.1 全应变压阻特征
        3.6.2 加载速率对3DGACC压敏性影响
        3.6.3 压阻疲劳特性研究
        3.6.4 压阻响应机制
    3.7 本章小结
第四章 3D打印石墨烯-水泥复合材料的电-热与热-电特性研究
    4.1 引言
    4.2 焦耳热效应研究
        4.2.1 实验设计
        4.2.2 不同功率的焦耳热效应
        4.2.3 电-热循环稳定性
        4.2.4 焦耳效应热成像
    4.3 热-电性能研究
        4.3.1 热电效应原理
        4.3.2 3DGA的热电性能
        4.3.3 3DGACC的热电性能
        4.3.4 不同还原温度对3DGACC热电性能的影响
        4.3.5 GA骨架密度对热电性能的影响
        4.3.6 制备过程对3DGACC的热电性能的影响
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]导电混凝土的导电性能及影响因素研究进展[J]. 贾兴文,张新,马冬,杨再富,石从黎,王智.  材料导报. 2017(21)
[2]MnO2水泥基复合材料热电性能[J]. 李伟华,廖晓,季涛,张小影,张雄.  建筑材料学报. 2017(05)
[3]导电混凝土及其在道路工程中的应用综述[J]. 刘数华,汤婉.  混凝土世界. 2017(04)
[4]碳纤维水泥基复合材料Seebeck效应研究现状[J]. 魏剑,赵莉莉,张倩,聂证博.  材料导报. 2017(01)
[5]Effect of graphene on mechanical properties of cement mortars[J]. 曹明莉,张会霞,张聪.  Journal of Central South University. 2016(04)
[6]基于石墨烯的水泥基复合材料性能探讨[J]. 韩瑜,王宝民.  低温建筑技术. 2015(02)
[7]3D打印材料及研究热点[J]. 孙聚杰.  丝网印刷. 2013(12)
[8]氧化石墨烯纳米片层对水泥基复合材料的增韧效果及作用机制[J]. 吕生华,孙婷,刘晶晶,马宇娟,邱超超.  复合材料学报. 2014(03)
[9]碳纤维水泥基材料的温阻效应及其测试方法[J]. 姚武,王婷婷.  同济大学学报(自然科学版). 2007(04)
[10]含水量对碳纤维水泥基复合材料电性能的影响[J]. 刘军,赵晓华,王玉林.  混凝土与水泥制品. 2004(06)

博士论文
[1]三维石墨烯基多功能材料可控制备与性能研究[D]. 张强强.哈尔滨工业大学 2016

硕士论文
[1]石墨烯智能材料3D打印可控制备与传感特性研究[D]. 王玉.兰州大学 2019
[2]基于碳纳米纤维纸高效热源的路面自融雪化冰系统的研究[D]. 张强强.哈尔滨工业大学 2012
[3]自密实超高韧性水泥基复合材料试验研究[D]. 田艳华.大连理工大学 2008



本文编号：3729486