[发明专利]一种碲化铋-碳纤维复合水泥基热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碲化铋‑碳纤维复合水泥基热电材料，包括：水泥基复合材料、碲化铋以及碳纤维；所述水泥基复合材料包括：水泥、水、硅灰、消泡剂和碳纤维分散剂，其中，所述水、硅灰、消泡剂和碳纤维分散剂的掺量分别为水泥质量的40％‑50％、8％‑12％、0.1％‑0.15％、0.3％‑0.45％；所述碲化铋和碳纤维的掺量分别为水泥质量的0.3％‑0.45％、0.3％‑0.4％。还公开了该碲化铋‑碳纤维复合水泥基热电材料的制备方法。优点为：首先，内部碳纤维彼此连接，形成三维渗流网络，试件的导电率急剧增加；其次，将热电材料的梯度化思想运用到水泥基材料中，使碲化铋梯度层掺，提高了水泥基材料的热电转换效率；再而，碲化铋与碳纤维协同发挥作用，开发出的水泥基热电材料性能优异稳定、电导率高，Seebeck系数高。

技术领域

本发明涉及热电材料领域，尤其是涉及一种碲化铋-碳纤维复合水泥基热电材料及其制备方法。

背景技术

20世纪80年代，伴随着材料学与信息科学技术的进步，人们在研究高强度的水泥基建筑材料时，也对水泥基建筑材料智能化进行深入探索。而对水泥基智能性能的研究上主要集中在水泥基热电性能的研究上，水泥基热电性能材料可以通过温差发电，搜集常规手段难以回收的余热，有益于环境保护。

热电材料的热电性能通常用热电优值ZT(ZT＝TS2κ/λ)值来评价，要获得高的ZT就要有高的S(Seebeck系数)以及以κ(电导率)。碲化铋化合物及其固溶体合金是开发最早，也是目前研究最为完善的一种热电材料，在室温下热电性能稳定，但是，如何使热电材料在水泥基中发挥高的热电性能，并且保持其热电性能稳定性，开发出性能优异稳定、高电导率，高Seebeck系数的水泥基热电材料还是一大难题。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开一种将碲化铋以梯度层掺的方法掺入水泥基材料中，并且碳纤维相互搭接，作为导电网络提高水泥基材料电导率的碲化铋-碳纤维复合水泥基热电材料；第二目的是公开该碲化铋-碳纤维复合水泥基热电材料的制备方法。

技术方案：本发明所述的碲化铋-碳纤维复合水泥基热电材料，包括：水泥基复合材料、碲化铋以及碳纤维；

所述水泥基复合材料包括：水泥、水、硅灰、消泡剂和碳纤维分散剂，其中，所述水的掺量为水泥质量的40％-50％，所述硅灰的掺量为水泥质量的8％-12％，所述消泡剂的掺量为水泥质量的0.1％-0.15％，所述碳纤维分散剂的掺量为水泥质量的0.3％-0.45％；

所述碲化铋的掺量为水泥质量的0.3％-0.45％，所述碳纤维的掺量为水泥质量的0.3％-0.4％。

其中，所述碲化铋为纯度为95％以上的碲化铋粉末，其粒径分布为40-100μm，所述碳纤维为PX35-50K型5-8mm短切碳纤维，纤维直径为7-10μm。

进一步的，所述水泥为强度为42.5的硅酸盐水泥。

进一步的，所述水为去离子水。

进一步的，所述硅灰中的SiO2含量为80-95％。

进一步的，所述消泡剂为磷酸三丁酯，酸度为350-550mmol/100g。

进一步的，所述碳纤维分散剂为甲基纤维素，黏度为350-550cPs。

上述碲化铋-碳纤维复合水泥基热电材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳纤维用碳纤维分散剂进行预分散，得碳纤维分散液；

(2)将碳纤维分散液与水泥、水、硅灰以及消泡剂混合搅拌均匀，得碳纤维水泥浆体；(3)将碳纤维水泥浆体均匀分成若干层，将碲化铋粉末均匀筛在每一层间，得碲化铋纤维水泥浆体；

(4)将碲化铋纤维水泥浆体装模振捣成型，进行标准养护。