[发明专利]热电水泥基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本申请涉及热电材料技术领域，特别是涉及一种热电水泥基复合材料及其制备方法和应用。热电水泥基复合材料包括硅酸盐水泥基体、石墨烯及离子液体，石墨烯分散于硅酸盐水泥基体中，硅酸盐水泥基体与石墨烯的质量比为100：(0.05～0.15)，离子液体填充于硅酸盐水泥基体的孔隙内。上述热电水泥基复合材料具有较高的Seebeck系数及电导率。

技术领域

本申请涉及热电材料技术领域，特别是涉及一种热电水泥基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于传统的化石燃料消耗过快，而且易造成环境污染。替代能源的需求不断增长。其中，能将热能转换为电能的热电材料是近年来研究的热点。热电效应(Seebeck效应)是指材料在受到温度梯度作用时，其内部的载流子会发生热扩散，从而产生热电压。传统热电材料主要为金属和半导体等固体材料，此类热电材料利用电子或空穴的热扩散而产生热电压，也称为热电效应(Seebeck效应)。近年来，各国学者通过在水泥基体中掺入各种功能填料，得到具有显著电子热电效应的电子热电水泥基复合材料。在相关研究中，将高掺量(质量百分比约为20％以上)的功能填料，如碳材料与金属氧化物等掺入水泥基材料中，成为提高水泥基复合材料热电效应的主要策略。然而，掺入碳材料的水泥基复合材料的Seebeck系数基本都在100μV/K以下，无法应用到实际工程中，而且掺杂量较高；掺入金属氧化物的水泥基复合材料的Seebeck系数虽然可以达到1000μV/K以上，但由于金属氧化物无法有效提升水泥基材料的电导率，导致其热电效率仍然较低。

为了进一步提高水泥基复合材料的热电效应，掺入水泥基材料的功能填料的种类不断增多，且掺量不断提高，这将显著提高水泥基复合材料的生产成本。而且高掺量的功能填料会影响水泥颗粒的水化反应，劣化水泥基材料的力学性能与耐久性能。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高Seebeck系数及电导率的热电水泥基复合材料及其制备方法和应用。

第一方面，本申请提供一种热电水泥基复合材料，其包括硅酸盐水泥基体、石墨烯及离子液体，所述石墨烯分散于所述硅酸盐水泥基体中，所述硅酸盐水泥基体与所述石墨烯的质量比为100：(0.05～0.15)，所述离子液体填充于所述硅酸盐水泥基体的孔隙内。

在一些实施方式中，还包括混在所述硅酸盐水泥基体中的减水剂，所述硅酸盐水泥基体与所述减水剂的质量比为100：(0.1～0.3)。

在一些实施方式中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。

在一些实施方式中，所述离子液体包括[BMIm][TFSI]、[EMIm][Ac]、[BMIm][PF₆]、[EMIm][TFSI]、[OMIm][Ac]及[OMIm][TFSI]中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述硅酸盐水泥基体的孔隙率为18％～25％。

在一些实施方式中，所述硅酸盐水泥基体的强度等级为42.5或52.5。

在一些实施方式中，所述石墨烯的厚度为4nm～20nm，单层石墨烯的宽度为5μm～10μm，层数＜30层。

第二方面，本申请还提供一种如第一方面所述的水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将硅酸盐水泥及所述石墨烯于水中混合，形成浆料，所述硅酸盐水泥与所述石墨烯的质量比为100：(0.05～0.15)；

将所述浆料置于模具中成型，养护，形成分散有石墨烯的硅酸盐水泥基体；以及

采用真空饱和的方式，将所述离子液体填充于所述硅酸盐水泥基体的孔隙内。

在一些实施方式中，所述真空饱和的真空度≤0.098Pa。

在一些实施方式中，所述水与所述硅酸盐水泥的水灰比为0.4～0.6。