[发明专利]一种氧化石墨烯水泥基复合材料应力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯水泥基复合材料应力传感器，涉及传感器件领域，特别涉及结构工程监测用应力传感器。

背景技术

对工程结构进行实时的健康监测、及时识别结构的累计损伤并评估其使用性能和寿命不仅对于提高结构的安全性和可靠性具有重大的科学意义，而且可以降低结构的运行和维护成本，具有可观的经济效益，已成为未来工程的必要。目前发展起来的感知结构和传感元件主要有光导纤维、电阻应变丝、压电材料、碳纤维、半导体材料等，用这些感知材料和传感元件可以制作传感器应用于工程结构中，以实现对结构的实时监测与安全预警。但是这些传感器在混凝土工程结构健康监测中应用也存在一些弊端和问题。如光纤传感器的需要大量的辅助设备，布控困难，成本昂贵，压电材料(如压电陶瓷等)在应用中多用于简单构件，而且与混凝土材料在材质上不匹配，而且缺少工程检验，形状记忆合金要么较昂贵，要么性能不稳定，而且在非弹性阶段，电阻与应变的关系呈非线性，给信号分析带来困难。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是通过利用氧化石墨烯研制一种应用于工程结构应力监测的氧化石墨烯水泥基复合材料应力传感器，保证传感器与混凝土环境介质的匹配，减少测量误差。

一种氧化石墨烯水泥基复合材料应力传感器，包括传感部件，所述传感部件的材料为氧化石墨烯改性水泥，所述氧化石墨烯改性水泥含有水泥和氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯占水泥和氧化石墨烯总质量的0.02%。

氧化石墨烯是一种只有一个碳原子厚度的单层二维晶体，具有良好的导电性能、机械性能及物理化学性能。将氧化石墨烯用于水泥基复合材料传感器的制备中，不仅能够发挥其独特效应，还能赋予复合材料许多性的功能。

本发明所述的氧化石墨烯优选溶解后单层含量在99%以上，氧化石墨烯纯度大于99%的氧化石墨烯。

本发明所述的氧化石墨烯优选所述氧化石墨烯的颗粒直径为1～5μm，厚度为0.8～1.2nm。

本发明所述的氧化石墨烯水泥基复合材料应力传感器中所述氧化石墨烯改性水泥包括水，其中，水：（水泥和氧化石墨烯总质量）的质量比为1:2。

本发明所述的氧化石墨烯水泥基复合材料应力传感器优选在氧化石墨烯改性水泥基体中设有具有一定间隔的两层平行金属网片，两层金属网片各自焊接导电金属电极，每个导电金属电极上设有接线柱。

本发明所述的氧化石墨烯水泥基复合材料应力传感器优选所述氧化石墨烯改性水泥按下述方法制备：称取氧化石墨烯，然后将氧化石墨烯在去离子水中超声分散3小时并搅拌，超声功率为300W，然后按照水泥试件的制备方法制备氧化石墨烯改性水泥基体。

本发明所述的氧化石墨烯水泥基复合材料应力传感器优选所述应力传感器按下述方法制备：称取氧化石墨烯，然后将氧化石墨烯在去离子水中超声分散3小时并搅拌，超声功率为300W，然后按照水泥试件的制备方法制备氧化石墨烯改性水泥基体；在氧化石墨烯改性水泥基体内设置具有一定间隔的两层平行金属网片，在每个网片上焊接导电金属电极，每个电极均连接导电金属接线柱，接线柱伸出传感器基体；试件制备好后，放入标准养护箱养护，1天后拆模并继续在标准养护箱中养护至设定龄期，既得。

本发明的有益效果是：利用氧化石墨烯水泥基复合材料应力传感器可嵌入工程结构中的监测部位，可以方便的测定监测部位的变化情况；传感器能够与混凝土良好匹配，减少测量误差；制作简单使用方便。

附图说明

图1为实施例1所用氧化石墨烯的SEM照片；

图2为实施例1所用氧化石墨烯的TEM照片；

图3为实施例1所述应力传感器剖面图；

图4为实施例1所述应力传感器示意图；

附图标记如下：1：氧化石墨烯改性水泥基体；2：导电金属网片；3：导电金属电极；4：输入端接线柱；5：输出端接线柱。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

氧化石墨烯为南京先丰纳米材料科技有限公司生产。

实施例1

（1）原料

本实施例中所用氧化石墨烯，其颗粒直径为1～5微米，厚度为0.8～1.2纳米，其扫描电镜(SEM)下微观形貌与透射电子显微镜(TEM)下微观形貌如图1和图2所示，

（2）氧化石墨烯水泥基复合材料基体试件的配合比，见表1。

表1 基体配合比