碳納米管具有優(yōu)異的力學、電學以及化學穩(wěn)定性,是發(fā)展高性能、多功能/智能水泥基復合材料的一種優(yōu)異填料。本文主要研究了碳納米管種類和摻量對水泥基材料力學、電學以及電磁波屏蔽/吸收性能的影響規(guī)律,并通過碳納米管性能、水化產物物相(形貌、組成、結構和含量)、復合材料等效電路和電磁參數分析以及纖維增強水泥基復合材料力學計算探究碳納米管水泥基材料的改性機理。主要研究內容和結果包括:(1)制備了不同種類(包括不同尺寸、官能團化、石墨化、鍍鎳、螺旋狀以及大內經薄壁碳納米管)和摻量的碳納米管水泥基材料,并對其抗壓和抗折強度進行測試,同時通過XRD、~(29)Si NMR、TG、SEM測試以及纖維理論計算分析了碳納米管對水泥基材料力學性能改性機理。實驗結果表明,管徑大的碳納米管對水泥基材料力學性能的改善效果非常顯著,管長度較長的碳納米管有利于改善水泥基材料的抗折強度;官能團化、鍍鎳以及螺旋狀碳納米管對水泥基材料強度改善效果更加顯著,其中0.5%的鍍鎳碳納米管水泥基材料相對/絕對抗壓強度較未摻碳納米管水泥基材料提高78.8%/74MPa,0.5%的羥基化短碳納米管水泥基材料抗折強度較未摻碳納米管水泥基材料增強約76%/6.6MPa。碳納米管對C-S-H凝膠硅氧四面體的結構沒有明顯改變,其對水泥基材料的增強機制為其廣泛分布形成的橋聯、拔出效應,降低氫氧化鈣晶面取向性,改善基體微觀結構,抑制水泥水化進程同時減少了由水化熱引起的原生裂紋。(2)測試了所制備的碳納米管水泥基材料的交流電阻和交流阻抗譜,研究了碳納米管水泥基材料導電性能,建立了等效電路。研究結果表明,0.8%摻量的長且管徑大的碳納米管可將水泥基材料電阻率(193Ω·m)降低約56%;碳納米管官能團化有利于改善復合材料導電性能;石墨化碳納米管摻量為0.8%時水泥基復合材料的導電性最好,電阻率(71Ω·m)較未摻碳納米管水泥基材料降低了63%。不同種類和摻量的碳納米管水泥基材料交流阻抗譜均呈準Randles型,等效電路為Rs(Q_1(R_1W_1))(Q_2(R_2W_2))(Q_3R_3)。(3)采用間接法測試了所制備的碳納米管水泥基材料的電磁參數,應用理論公式計算了復合材料電磁波屏蔽效能和吸波反射率。研究表明,本文所采用摻量下,碳納米管對水泥基材料電磁波屏蔽性能改善作用不明顯,但對電磁波吸收性能改善效果顯著。復合材料電磁波吸收性能隨碳納米管摻量增加呈增長趨勢;羧基化長碳納米管水泥基材料電磁波吸收性能最好,反射率最小值(-36dB)是不摻碳納米管水泥基材料的4.3倍。碳納米管水泥基材料對電磁波的吸收損耗以介電損耗為主,基本無磁損耗。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TQ172.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題的研究背景和意義
    1.2 國內外研究現狀及發(fā)展
        1.2.1 碳納米管水泥基材料的分散
        1.2.2 碳納米管水泥基材料的力學性能
        1.2.3 碳納米管水泥基材料的電學性能
        1.2.4 碳納米管水泥基材料的電磁性能
    1.3 本文主要研究內容及技術路線
        1.3.1 研究內容
        1.3.2 技術路線
2 碳納米管水泥基材料的力學性能
    2.1 引言
    2.2 復合材料制備與測試
        2.2.1 原材料及試件制備
        2.2.2 測試方法
    2.3 碳納米管尺寸對復合材料力學性能的影響
        2.3.1 抗壓強度
        2.3.2 抗折強度
        2.3.3 XRD分析
29SiNMR分析'>        2.3.4 ²⁹SiNMR分析
        2.3.5 TG分析
        2.3.6 SEM分析
    2.4 碳納米管表面官能團化對復合材料力學性能的影響
        2.4.1 抗壓強度
        2.4.2 抗折強度
        2.4.3 XRD分析
29SiNMR分析'>        2.4.4 ²⁹SiNMR分析
        2.4.5 TG分析
        2.4.6 SEM分析
    2.5 特殊結構和表面改性碳納米管水泥基材料的力學性能
        2.5.1 抗壓強度
        2.5.2 抗折強度
        2.5.3 XRD分析
29SiNMR分析'>        2.5.4 ²⁹SiNMR分析
        2.5.5 TG分析
        2.5.6 SEM分析
    2.6 本章小結
3 碳納米管水泥基材料的電學性能
    3.1 引言
    3.2 復合材料制備與測試
        3.2.1 原材料及試件制備
        3.2.2 測試方法
    3.3 碳納米管尺寸對復合材料電學性能的影響
        3.3.1 導電性能
        3.3.2 導電機制及導電通路模型
    3.4 碳納米管表面官能團化對復合材料電學性能的影響
        3.4.1 導電性能
        3.4.2 導電機制和導電通路模型
    3.5 特殊結構和表面改性碳納米管水泥基材料的電學性能
        3.5.1 導電性能
        3.5.2 導電機制和導電通路模型
    3.6 本章小結
4 碳納米管水泥基材料的電磁波屏蔽和吸收性能
    4.1 引言
    4.2 復合材料制備與測試
        4.2.1 原材料及試件制備
        4.2.2 測試設備與方法
    4.3 碳納米管尺寸對復合材料電磁性能的影響
        4.3.1 電磁波屏蔽性能
        4.3.2 電磁波吸收性能
        4.3.3 電磁波屏蔽和吸收性能的機理分析
    4.4 碳納米管表面官能團化對復合材料電磁性能的影響
        4.4.1 電磁波屏蔽性能
        4.4.2 電磁波吸收性能
        4.4.3 電磁波屏蔽和吸收性能機理分析
    4.5 特殊結構和表面改性碳納米管水泥基材料的電磁性能
        4.5.1 電磁波屏蔽性能
        4.5.2 電磁波吸收性能
        4.5.3 電磁波屏蔽和吸收機理分析
    4.6 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
參與科研項目
獲得獎勵
致謝

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 賴建中;楊春梅;崔崇;朱耀勇;;用交流阻抗譜法研究碳納米管改性活性粉末混凝土材料的水化過程[J];硅酸鹽學報;2012年11期

2 羅健林;段忠東;趙鐵軍;;納米碳管水泥基復合材料的電阻性能[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2010年08期

3 肖鋒,葉建東,王迎軍;超聲技術在無機材料合成與制備中的應用[J];硅酸鹽學報;2002年05期

4 包亦望;金宗哲;;脆性材料彎曲強度與抗拉強度的關系研究[J];中國建筑材料科學研究院學報;1991年03期

相關博士學位論文 前1條

1 羅健林;碳納米管水泥基復合材料制備及功能性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

相關碩士學位論文 前5條

1 劉玉凱;碳納米管水泥基復合材料的動力學性能及作用機理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 魏姍姍;碳納米管水泥基復合機敏材料的性能研究[D];山東大學;2015年

3 蒙井;高分散性碳納米管/水泥基復合材料壓敏性能與導電機理[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

4 韓瑜;碳納米管的分散性及其水泥基復合材料力學性能[D];大連理工大學;2013年

5 郭志強;碳納米管水泥基復合材料吸波性能研究[D];大連理工大學;2013年

本文編號：2882828