水泥基压电智能复合材料

水泥基压电复合材料的制备及其性能研究刘明凯;任秋荣;李向召【摘要】水泥基压电复合材料可有效解决传统智能材料与混凝土母体结构材料之间的相容性问题,它不但具有感知功能,而且具有驱动功能,其制备工艺简单,造价低,非常适合于土木工程领域中智能材料的发展需要,因此,研究与开发该类压电复合材料对于推动各类土木工程结构向智能化方向发展有着广泛的工程应用意义和学术价值.本文采用压制成型法和切割--填充法分别制备了0-3型和1-3型水泥基压电复合材料,重点研究了其压电性能和介电性能.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2011(033)011【总页数】4页(P97-100)【关键词】水泥基压电复合材料;压电性能;介电性能【作者】刘明凯;任秋荣;李向召【作者单位】安阳师范学院建筑工程学院,安阳,455000;安阳师范学院建筑工程学院,安阳,455000;安阳师范学院建筑工程学院,安阳,455000【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言水泥基压电智能复合材料是近年来才刚刚发展起来的一种新型的功能复合材料。

在各类建筑向智能化发展的背景下，人们愈加重视水泥基复合材料向智能化方向发展，以使智能建筑更加简洁，可靠和高效。

以目前的科技水平，制备完善的水泥基智能复合材料还相当困难和难以实现，但在开发水泥基机敏复合材料方面己进行了一些研究[1]。

目前，国内外仅见香港科技大学报道过这方面的研究工作，Li Zongjin等以白水泥为基体，采用常规的成型技术于2002年首次制备了0-3型水泥基压电复合材料[2～5]，通过调节复合材料组分的比例，可以使0-3型水泥基压电复合材料与混凝土之间具有良好的相容性。

当压电陶瓷体积分数在40-50%之间时，即可将复合材料的声阻抗特性调节到与混凝土母体结构材料相匹配的状态(达到9.0×106kg/m2·s左右)；在PZT含量相同的情况下，其极化电压远远小于聚合物基0-3压电复合材料的，而压电性能和机电祸合系数却高于后者。

1-3型水泥基压电复合材料的性能及其应用研究的开题报告开题报告题目：1-3型水泥基压电复合材料的性能及其应用研究一、选题的背景和意义水泥基材料是一种常见的建筑材料，具有良好的力学性能和耐久性，但其电学性能较差，限制了其在电子、通讯等领域的应用。

由于压电复合材料具有良好的电学性能和力学性能，因此将水泥基材料和压电材料复合起来，可制成具有压电性能的水泥基压电复合材料。

目前，已有一些研究报道了水泥基压电复合材料的制备与性能，但大多数研究集中于水泥基陶瓷材料与压电陶瓷材料的复合，缺乏对水泥基压电复合材料的深入研究。

因此，本课题旨在研究制备1-3型水泥基压电复合材料及其性能，为其在新能源、传感器等领域的应用提供基础研究。

二、研究的内容和步骤1. 制备1-3型水泥基压电复合材料将压电陶瓷离子热堆叠成棒状，并将其嵌入水泥基材料中，形成棒阵列。

制备过程中需控制压电陶瓷的分布密度和排列方式，以保证复合材料的力学性能和压电性能。

2. 测试复合材料的压电性能在复合材料上施加电场，观察其应变响应。

通过测量复合材料的压电系数、电容和电阻等参数，评价其压电性能。

3. 测试复合材料的力学性能和耐久性对复合材料进行拉伸、压缩和弯曲等力学性能测试，评价其力学性能；同时进行耐久性测试，观察其稳定性和使用寿命。

4. 研究复合材料的应用前景探讨复合材料在新能源、传感器等领域的应用前景，并开展相应的应用研究。

三、拟采用的研究方法和手段1. 材料制备：采用压电陶瓷离子热堆叠法，将压电陶瓷制成棒状，并嵌入水泥基材料中，形成1-3型压电复合材料。

2. 性能测试：采用电学测试、力学测试和耐久性测试等方法，评价复合材料的性能。

3. 应用研究：通过实验验证和理论分析，探讨复合材料在新能源、传感器等领域的应用前景，并开展相应的应用研究。

四、研究的预期目标和成果1. 成功制备出具有压电性能的1-3型水泥基压电复合材料。

2. 系统地研究复合材料的压电性能、力学性能和耐久性能，并进行性能与结构之间的关联分析。

智能复合材料研究进展1智能复合材料研究进展智能复合材料研究进展材硕113班（0301110546）王鸿摘要：智能复合材料是拟人化的高科技材料，它能根据设计者的思路要求实现自检测、自诊断、自调节等各种特殊功能。

文章介绍了智能复合材料的原理、组成，分析了几种智能复合材料如：压电复合材料、形状记忆合金、光纤材料、电流变体等的开发研究概况及其在纺织品中的应用。

关键词：智能复合材料，形状记忆合金，智能纺织品1引言智能复合材料是一类基于仿生学概念发展起来的高新技术材料，它实际上是集成了传器、信息处理器和功能驱动器的新型复合材料。

其通过传感器感知内外环境状态的变化，将变化所产生的信号通过信息处理器做出判断处理，并发出指令，而后通过功能驱动器调整材料的各种状态以适应内外环境的变化，从而实现自检测、自诊断、自调节、自恢复、自我保护等多种特殊功能类似于生物系统。

智能复合材料是微电子技术、计算机技术与材料科学交叉的产物，在许多领域展现了广阔的应用前景，如机械装置噪音与振动的自我控制等，飞机的智能蒙皮与自适应机翼，桥梁与高速公路等大型结构的自增强、自诊断自修复功能，以及各种智能纺织品。

2智能复合材料的主要种类和应用2.1产业领域2.1.1形状记忆合金纤维增强智能复合材料[1]SMA应用于智能复合材料主要由于其具有形状记忆效应(SME)和超弹性。

最典型的SMA是NiTi合金，它感应灵敏度高，微应变大，可回复应力大，致动机理简单(驱动器只需SMA一种材料，可拉成纤维或丝状)，有良好的感应和驱动性能。

SMA从功能上概括主要有如下应用。

1)材料的增强。

埋有SMA的复合材料结构中的SMA被激励时将对整个结构的性能产生较大的压应变，如将SMA丝合理地布置于结构中可显著增强复合材料的强度：而且有资料表明在SMA丝的体积分数不变的情况下，将其适当排列，可提高复合材料的抗低速冲击性能。

2)变形控制与结构损伤的探测、抑制与修复。

美国应用SMA制成了夹心结构树脂基复合材料用于“柔性机翼”，该机翼在各种飞行速度下自动保持最佳翼型，大幅度提高飞行效率，并可对出现的危险振动自行抑制；将适量NiTi合金2智能复合材料研究进展纤维铺于环氧树脂基体中制成智能复合材料(SMC)。

水泥基复合材料
水泥基复合材料是一种由水泥、骨料、掺合料和添加剂等原材料组成的新型建
筑材料，具有优异的力学性能、耐久性和耐腐蚀性能。

它是在水泥基体中加入特定的骨料和掺合料，经过一定的工艺方法制成的一种新型复合材料。

水泥基复合材料具有优良的抗压、抗弯、抗冻融和耐化学腐蚀等性能，广泛应用于建筑工程、道路工程、水利工程等领域。

首先，水泥基复合材料具有优异的力学性能。

由于在水泥基体中加入了特定的
骨料和掺合料，使得水泥基复合材料的力学性能得到了显著提高。

其抗压强度、抗折强度和抗冻融性能均远远优于传统的混凝土材料，可以满足各种工程的使用要求。

其次，水泥基复合材料具有优异的耐久性能。

水泥基复合材料在制备过程中，
采用了特殊的配比和工艺方法，使得其具有良好的耐久性能。

在各种恶劣的环境下，如潮湿、高温、酸碱等条件下，水泥基复合材料都能够保持稳定的性能，不易受到外界环境的影响。

此外，水泥基复合材料还具有良好的耐腐蚀性能。

传统的混凝土材料在受到化
学腐蚀时往往会出现表面起砂、龟裂等现象，影响使用寿命。

而水泥基复合材料由于添加了特定的掺合料和添加剂，使得其具有较强的抗化学腐蚀能力，能够在酸碱环境下长期稳定使用。

总的来说，水泥基复合材料作为一种新型的建筑材料，具有优异的力学性能、
耐久性和耐腐蚀性能，广泛应用于建筑工程、道路工程、水利工程等领域。

随着科技的不断进步和材料工艺的不断改进，相信水泥基复合材料将会在未来得到更广泛的应用和推广，为各种工程提供更加可靠、耐久的建筑材料。

0-3型水泥基压电复合材料的制备与研究的开题报告
一、研究背景与意义
水泥基材料是一种具有广阔应用前景的材料，具有较好的耐久性、
强度等特点。

但传统水泥基材料在应用过程中存在一些缺陷，如力学性
能稍弱、易开裂、易受潮等。

为了克服这些缺陷，研究人员将水泥基材
料与压电材料复合，形成了新型的水泥基压电复合材料。

该材料具有压电、力学、耐久性等优异性能，广泛应用于结构、传感器等领域。

目前，水泥基压电复合材料的制备与研究依然存在一些问题，需要进一步深入
研究。

二、研究目的
本文旨在探究0-3型水泥基压电复合材料的制备方法和性能特点，
为该类材料的工业化应用提供理论和技术支持。

三、研究内容
1.研究0-3型水泥基压电复合材料的物理化学性质和微结构特征；
2.探究制备0-3型水泥基压电复合材料的最佳比例和制备工艺；
3.分析0-3型水泥基压电复合材料的压电性能；
4.探究0-3型水泥基压电复合材料的长期耐久性。

四、研究方法
1. 利用微观分析方法研究水泥基材料的微观结构；
2. 通过计算机模拟等方法研究材料的物理化学性能；
3. 构建实验平台，制备水泥基压电复合材料，测试其力学特性、压
电特性、耐久性等性能参数；
4. 根据实验结果对制备方法和工艺进行改进和优化。

五、预期结果
通过本研究，可以探究0-3型水泥基压电复合材料的制备工艺和性能特点，为该类材料的进一步应用提供理论和实验支持。

同时，本研究也可以为其他压电复合材料的制备和应用提供参考。

0-3型水泥基压电复合材料FEM分析与优化设计中
期报告
一、研究背景和意义
水泥基压电复合材料是一种新型智能材料，具有主动传感和控制的
功能，可广泛应用于建筑、桥梁、道路等工程领域。

本研究旨在通过有
限元分析和优化设计，研究0-3型水泥基压电复合材料的性能及其优化方法，为该材料在工程实践中的应用提供技术支持。

二、研究内容和进展
1. 建立了0-3型水泥基压电复合材料的有限元模型，模型考虑了压
电陶瓷颗粒和水泥基体的材料性质，以及颗粒分布、体积分数等因素的
影响。

2. 进行了力学和电学模拟，在施加特定电场下计算了复合材料的应变、电荷等参数。

3. 优化了水泥基体的配方，选择适宜的细度、掺杂量、水灰比等因素，提高了材料的力学性能和压电响应能力。

4. 进行了不同压电陶瓷颗粒分布和体积分数的模拟，比较了不同情
况下复合材料的性能差异，确定了对材料性能影响最大的因素。

5. 针对存在的问题提出了进一步的优化方法，包括改变颗粒分布、
增大陶瓷颗粒体积分数等，以进一步提高材料性能。

三、下一步工作计划
1. 进一步验证模型的准确性，并考虑加入温度、湿度等因素的影响。

2. 完善优化方法，继续进行参数优化和模拟实验，进一步提高材料
的综合性能。

3. 探究材料在不同工况下的应用性能，为其工程应用提供更具体的技术支持。

4. 加强与工程实践的联系，推进材料在实际工程中的应用和推广。