[发明专利]过渡金属氧化物提高水泥基复合材料Seebeck系数的方法

说明书

过渡金属氧化物提高水泥基复合材料Seebeck系数的方法，在碳纤维水泥基复合材料制备过程中加入过渡金属氧化物粉末，以最终提高水泥基复合材料的Seebeck系数，过渡金属氧化物粉末添加量为碳纤维水泥基复合材料所用水泥质量的45.0‑75.0wt％；本发明使用的过渡金属氧化物粉末(Ni₂O₃、Co₂O₃、Fe₂O₃或MnO₂)粒度适中，有利于其在水泥基体中均匀分散；采用干压成型，避免了浇筑成型过程中水灰比较大和使用聚合物分散剂带来的电导率降低的问题，可获得具有较高的力学性能和电导率的水泥基复合材料，采用预养护工艺，可有效地避免养护过程微裂纹的产生；此外，使用的过渡金属氧化物粉末化学性质稳定，与水泥水化产物间不存在化学反应，适宜混凝土结构长寿命和复杂应用环境的使用要求。

技术领域

本发明属于水泥基复合材料制备技术领域，特别涉及一种过渡金属氧化物提高水泥基复合材料Seebeck系数的方法。

背景技术

热电材料又叫温差电材料，是一种将热能和电能相互转换的功能材料。其主要应用领域包括：低品位热能发电，大规模低成本能量收集或高效制热。

目前碳纤维水泥基复合材料的Seebeck系数较低，仍是导致其热电性能较差的主要原因之一，限制了碳纤维水泥基复合材料在规模化能量收集或高效制热领域的应用。此外，碳纤维水泥基复合材料应用于土木工程结构健康监测传感器领域，也要求其具有高的Seebeck系数。

因此，提高碳纤维水泥基复合材料的Seebeck系数，已经成为碳纤维水泥基复合材料领域研究的关键内容之一。

文献1(“FangFang Song,Liming Wu,S Liang.Giant Seebeck coefficientthermoelectric device of MnO₂powder.Nanotechnology,2012,23(8):85401-85404.”)公开了将纯MnO₂粉末装入一个直径10mm，长30mm的塑料管，然后将电加热器放在装满MnO₂粉末塑料管的一个端面作为高温端，实验得出高于碲化铋100倍的Seebeck系数，其值为10000-20000μV/K。但是纯MnO₂粉末无力学性能，应用受到局限。

文献2(“Jian Wei,Lei Hao,Ge-ping He,et al.Thermoelectric Power ofCarbon Fiber Reinforced Cement Composites Enhanced by Ca₃Co₄O₉.AppliedMechanicsMaterials,2013,320:354-357.”)公开了一种将3.0wt％Ca₃Co₄O₉与碳纤维水泥基复合材料混合均匀，然后通过浇筑成型的方法制备了水泥基复合材料，其Seebeck系数较没有添加Ca₃Co₄O₉的水泥基复合材料提高了58.6μV/℃，增加幅度达165.5％，但Ca₃Co₄O₉的制备需要高温工艺，导致材料制备步骤复杂。

文献3(“姚武,夏强.碲化铋-碳纤维水泥基材料的制备及热电性能.功能材料,2014(15):15134-15137.”)公开了一种碲化铋与水按质量比2:1混合搅拌，然后将碲化铋作为涂层，改善碳纤维水泥基复合材料的热电性能。该方法采用碲化铋涂层与碳纤维水泥基复合材料交替平铺排列的方式，Seebeck系数达到33.2μV/℃，且将碲化铋作为涂层掺加下比混合掺加下具有更好的热电性能。但是碲化铋的成本较高，限制了在水泥基复合材料中规模化应用。