[发明专利]一种温度传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土相容性好的温度传感器，强度高、韧性好，且可连续敷设。适用于水利大坝、公路或建筑物的内部长期温度监测。

背景技术

在大体积混凝土工程中，容易因为水泥水化或其他因素造成的内外温度差异而引起混凝土开裂，严重影响大体积混凝土的耐久性。因此，大体积混凝土结构基础温度监测对于解决和控制温度引起的裂缝从而提高耐久性有着很重要的作用。在工程现场检测中，传统的温度传感器是温度计、热电偶、光纤光栅温度传感器等，温度计与热电偶准确性低、精度不够，而光纤光栅温度传感器价格昂贵，国内尚没有内埋式测量混凝土温度的理想传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度传感器的制备方法，所得传感器与混凝土相容性好，强度高、韧性好，且可连续敷设。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

①将碳纳米管、分散剂（OP-10，与碳纳米管等质量）加入水中，超声分散，得到均匀的碳纳米管分散液；

分散过程具体如下：先将分散剂加入水中，超声分散1-2min，超声功率100w；再加入碳纳米管，超声工作3s、停1s，超声时间为60-90min，超声功率100w，这样既保证碳纳米管均匀分散在水中，还保证碳纳米管不会被超声波打断，缩小长径比。

②将碳纳米管分散液与水泥搅拌后装入尺寸为20mm×20mm×80mm的模具中，之后将四个不锈钢网电极沿长度方向，分别在10mm，30mm,50mm,70mm处垂直插入模具中，1天后拆模，标准养护28天，得到碳纳米管/水泥基复合材料温度传感器原件；

碳纳米管质量为水泥质量的0.05%-1%，水灰比为0.4；

③成型可开启混凝土结构，其强度略高于周围混凝土强度，尺寸略大于碳纳米管/水泥基复合材料温度传感器，起到保护碳纳米管/水泥基复合材料不受外界应力影响的作用；

④将碳纳米管/水泥基复合材料温度传感器原件置入两个L形可开启混凝土结构中（闭合后呈中空的长方体形），空隙处填充聚氨酯固定，制得温度传感器。

工作原理分析：碳纳米管在水泥基中的导电主要依靠碳纳米管的隧道效应，当温度升高时，一方面由于碳纳米管表面部分处于能带中的电子和空穴因升温吸收能量后被激发成载流子，载流子浓度升高，另一方面，载流子获得更高能量，突破碳纳米管间距过大的限制，跃迁能力增强。因此，碳纳米管/水泥基复合材料的导电能力增强。当温度降低时，呈现相反的变化。

碳纳米管/水泥基复合材料的电阻率值随温度单调变化，且当温度降低时，其电阻率值呈现良好的可回复性（在升降温过程中，碳纳米管/水泥基复合材料的电阻率值曲线基本重合），绘制电阻率-温度的标准曲线，再直接采用万用表测量碳纳米管/水泥基复合材料的电阻率，可得出环境温度，具有试验装置简单，测试结果准确，适用于水利大坝、公路或建筑物等内部长期温度监测的传感器，强度高、韧性好，耐久性好，且可连续敷设。由于碳纳米管/水泥基复合材料及混凝土成分相似，所以相容性较好，且连续敷设对于混凝土性能影响不大；当碳纳米管掺量为0.05%时，水泥砂浆的强度可提高10-20%；由于碳纳米管的高长径比以及纤维桥联及拔出效应，加入水泥基中，可提高其韧性；由于碳纳米管的尺寸效应和渗透结晶效应，可渗入到细孔中，使得其耐久性提高。

附图说明

图1为温度传感器的俯视图；

图2为温度传感器原件的立体图；

其中：1-可开启混凝土外壳；2-碳纳米管/水泥基复合材料温度传感器原件；3-聚氨酯缓冲块；4-不锈钢网电极；

图3为实施例1所制备的碳纳米管掺量为0.05%时的碳纳米管/水泥基复合材料电阻率-温度标准曲线；

图4为实施例1所制备的碳纳米管掺量为0.5%时的碳纳米管/水泥基复合材料电阻率-温度标准曲线；

图5为实施例1所制备的碳纳米管掺量为1%碳纳米管/水泥基复合材料电阻率-温度标准曲线。

具体实施方式

下面结合附图所示的实例对本发明做进一步描述：

实施例1

一种纳米新型温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

①将碳纳米管(中国科学院成都有机化学有限公司，长度10-30微米，外径10-20纳米)、分散剂（OP-10，分散剂用量为碳纳米管质量的100%）和水用超声分散，得到均匀的碳纳米管分散液；