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1、分类号：T 0 1 7 4 7 密级： 单位代码： 学号： 1 0 4 2 2 2 0 0 7 12 0 2 3 紊力孥 硕士学位论文 S h a n d o n gU n i v e r s i t yM a s t e r ST h e s i s 论文题目：0 - 3 型水泥基压电复合材料的制备 与研究 F a b r i c a t i o na n dS t u d yo f0 - 3 C e m e n t - b a s e dP i e z o e l e c t r i cC o m p o s i t e s 作者姓名全静 专业材料学 指导教师姓名 专业技术职务龚红主量9
2、塾攫 2 0 10 年5 月2 5 日 原创性声明 f I l f l lIf l T I I f l l lI l l I IP l l l l l l I Y 17 9 0 4 9 5 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盔递 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅
3、；本人授权山东大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：么啦导师签名：蟑日期汹矽 山东大学硕：I ：学位论文 目录 摘要I J 6 L l i I S T R A C T I I I 第一章绪论1 1 1 弓l 言1 1 2 压电机理l 1 3 压电复合材料3 1 4 聚合物基压电复合材料4 1 5 水泥基压电复合材料5 1 60 - 3 型水泥基压电复合材料5 1 6 1 压电相的影响6 1 6 2 制备工艺条件对O 3 型水泥基压电复合材料性能的影响7 1 6
4、 3 微观结构对复合材料的性能的影响8 1 71 3 型水泥基压电复合材料8 1 7 1 压电陶瓷含量对复合材料压电及介电性的影响8 1 7 2 陶瓷柱宽厚比对复合材料压电介电性的影响9 1 7 3 环境湿度对复合材料压电及介电性的影响9 1 82 2 型水泥基压电复合材料9 1 8 1 水泥基体的水灰比对复合材料性能的影响1 0 1 8 22 。2 型复合材料传感效应和驱动效应。1 0 1 9 碳纳米管的改性处理1O 1 9 1 碳纳米管的性质一1 0 1 9 2 碳纳米管的表面处理1l 1 1O 课题的提出12 1 1 1 研究内容13 1 1 2 技术路线1 4 第二章实验设备、材料制备
5、与测试方法。15 2 1 主要仪器及设备1 5 2 2 实验原料l5 2 3 样品的制备过程1 6 山东大学硕十学位论文 2 4 性能测试及方法l8 2 2 1 压电常数18 2 2 2 介电常数18 2 2 3 介电损耗1 9 2 2 4 机电耦合系数1 9 2 2 5 机械品质因数1 9 2 2 6 声阻抗2 0 第三章P Z T 水泥基压电复合材料的各组分对性能的影响2 1 3 1 压电陶瓷相对P Z T 水泥基压电复合材料性能的影响2 1 3 1 1 压电陶瓷相的粒度分析2 1 3 1 2 压电陶瓷相对压电复合材料压电性能的影响2 2 3 1 3 压电陶瓷相对压电复合材料介电性能的影响
6、2 3 3 1 4 压电陶瓷相对压电复合材料机电耦合性能的影响2 5 3 2 压电陶瓷相粒度对P Z T 水泥基压电复合材料性能的影响2 7 3 2 1P Z T 陶瓷粒度对压电复合材料压电性能的影响2 8 3 2 2P Z T 陶瓷粒度对压电复合材料介电性能的影响3 2 3 3 水泥基体的选择对P z T 水泥基压电复合材料性能的影响3 3 3 3 1 水泥基体对压电复合材料压电性能的影响3 4 3 3 2 水泥基体对压电复合材料介电性能的影响3 6 3 3 3 水泥基体对压电复合材料机电耦合性能的影响3 7 3 4 本章小结3 9 第四章O 一3 型纳米P Z T 陶瓷水泥基压电复合材料4
7、 0 4 1 纳米P Z T 粉体的表征4 0 4 2 纳米P Z T 水泥复合材料的压电性能4 4 4 3 本章小结4 7 第五章碳黑对m 3 型水泥基压电复合材料性能的影响4 9 5 1P 2 r T 陶瓷与水泥的粒度表征4 9 5 2 碳黑P Z T 水泥压电复合材料的显微形貌5 0 5 3 老化时间对碳黑P Z T 水泥压电复合材料极化行为的影响5 l 5 4 碳黑对碳黑P Z T 水泥复合材料的极化条件的影响5 2 山东人学硕士学位论文 5 5 碳黑对碳黑P Z T 水泥复合材料极化效率的影响5 4 5 6 碳黑对碳黑P z T 水泥复合材料压电性能的影响5 6 5 7 碳黑对碳黑P
8、 Z T 水泥复合材料介电性能的影响5 7 5 8 碳黑对碳黑P Z T 水泥复合材料机电耦合性能的影响6 0 5 9 本章小结。6 2 第六章碳纳米管对O 3 型水泥基压电复合材料性能的影响6 3 6 1 碳纳米管不同处理方法及分散性研究6 3 6 1 1 碳纳米管的显微形貌观察6 3 6 1 2 处理前后纳米碳管的X R D 分析6 4 6 1 - 3 处理前后纳米碳管的红外分析6 6 6 2 碳纳米管处理方式对压电复合材料性能的影响6 7 6 2 1 碳纳米管不同处理方法对压电复合材料压电性能的影响6 7 6 2 2 碳纳米管不同处理方法对压电复合材料介电性能的影响6 9 6 - 3 本
9、章小结7 1 第七章结论7 2 参考文献7 5 致谢8 3 附录：发表的论文目录8 4 山东大学硕士学位论文 山东大学硕士学位论文 摘要 0 3 型水泥基压电复合材料不但具有与土木结构中混凝土母体的良好相容 性，而且其与混凝土结构材料有优良的阻抗匹配关系，两者间界面粘结效果显 著。0 3 型水泥基压电复合材料具有易于制备、成本低、性能可靠的优点。其压 电性能优越，可制造混凝土结构中的水泥基传感器。 本文以P Z T 压电陶瓷与水泥复合制备得到压电性能较好的水泥基压电复合 材料。以不同种类的锆钛酸铅( P Z T ) 压电陶瓷为功能相，分别用普通硅酸盐水泥 和白水泥为基体，并添加少量碳黑和碳纳米
10、管，采用压制成型法制备了O 3 型水 泥基压电复合材料，具体研究内容及结果如下： 研究了不同压电陶瓷相( P 4 1 ，P 4 3 ，P 5 1 和P 5 2 ) ，以及不同水泥基体等对水泥 基压电复合材料性能的影响因素，并分析了其微观结构。水泥基压电复合材料 的压电与介电性能主要受压电陶瓷相的影响，故由P 5 2 与P 5 1 制成的复合材料的 压电应变常数及介电常数高于由P 4 1 与P 4 3 f 1 1 成的复合材料。而由P 5 2 与P 5 1 制成 的复合材料的介电损耗与阻抗高于由P 4 1 与P 4 3 f l ；1 成的复合材料。复合材料的压 电常数均随着压电陶瓷相的增多而增大
11、。三种不同水泥基体制备的水泥基压电复 合材料中，压电常数均随着P Z T 压电陶瓷含量的提高而增大。其中波特兰水泥对 压电性能的贡献稍微较大，介电性能三者相差不大。 探讨了压电陶瓷粒度对O 3 型水泥基压电复合材料压电及介电性能的影响。 P Z T 粉体平均粒度为3 9 m 到4 8 2 9 m 。结果表明西j ，和局值均随着P Z T 粒度 的增大而增加。但是含有较大P Z T 颗粒的复合材料的介电损耗细6 同样较大。 根据X R D 等测试结果，较小P Z T 粒度伴随而来的西j ，昂和局值的减小可能是 P Z T 颗粒和水泥基体之间的表面多孔造成的。而P Z T 粒度较小时复合材料的结 构较为紧实和致密。 用金属醇盐通过溶胶凝胶法制备出纳米P Z T 粉体。X R D 等分析结果证实了 7 0 0 烧结的P Z T 粉体中仅有烧绿石相存在。7 0 0 烧结的P Z T 粉体的平均粒度 大约为2 0 0 n m ，而计算出品粒尺寸为2 6 4 n m 。纳米P Z T 粉体和水泥采用压制成 型法制得。测试了水泥纳米P Z T 压电复合材料的压电性能。和掺加较大粒度的
