碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)以及化學(xué)穩(wěn)定性,是發(fā)展高性能、多功能/智能水泥基復(fù)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(duì)水泥基材料力學(xué)、電學(xué)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(chǎn)物物相(形貌、組成、結(jié)構(gòu)和含量)、復(fù)合材料等效電路和電磁參數(shù)分析以及纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料力學(xué)計(jì)算探究碳納米管水泥基材料的改性機(jī)理。主要研究內(nèi)容和結(jié)果包括:(1)制備了不同種類(包括不同尺寸、官能團(tuán)化、石墨化、鍍鎳、螺旋狀以及大內(nèi)經(jīng)薄壁碳納米管)和摻量的碳納米管水泥基材料,并對(duì)其抗壓和抗折強(qiáng)度進(jìn)行測試,同時(shí)通過XRD、~(29)Si NMR、TG、SEM測試以及纖維理論計(jì)算分析了碳納米管對(duì)水泥基材料力學(xué)性能改性機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,管徑大的碳納米管對(duì)水泥基材料力學(xué)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(qiáng)度;官能團(tuán)化、鍍鎳以及螺旋狀碳納米管對(duì)水泥基材料強(qiáng)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(duì)/絕對(duì)抗壓強(qiáng)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(qiáng)度較未摻碳納米管水泥基材料增強(qiáng)約76%/6.6MPa。碳納米管對(duì)C-S-H凝膠硅氧四面體的結(jié)構(gòu)沒有明顯改變,其對(duì)水泥基材料的增強(qiáng)機(jī)制為其廣泛分布形成的橋聯(lián)、拔出效應(yīng),降低氫氧化鈣晶面取向性,改善基體微觀結(jié)構(gòu),抑制水泥水化進(jìn)程同時(shí)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(dǎo)電性能,建立了等效電路。研究結(jié)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(tuán)化有利于改善復(fù)合材料導(dǎo)電性能;石墨化碳納米管摻量為0.8%時(shí)水泥基復(fù)合材料的導(dǎo)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(zhǔn)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(shù),應(yīng)用理論公式計(jì)算了復(fù)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(duì)水泥基材料電磁波屏蔽性能改善作用不明顯,但對(duì)電磁波吸收性能改善效果顯著。復(fù)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(duì)電磁波的吸收損耗以介電損耗為主,基本無磁損耗。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)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(xué)性能
        1.2.3 碳納米管水泥基材料的電學(xué)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(nèi)容及技術(shù)路線
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
2 碳納米管水泥基材料的力學(xué)性能
    2.1 引言
    2.2 復(fù)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(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
        2.3.1 抗壓強(qiáng)度
        2.3.2 抗折強(qiáng)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(tuán)化對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
        2.4.1 抗壓強(qiáng)度
        2.4.2 抗折強(qiáng)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(jié)構(gòu)和表面改性碳納米管水泥基材料的力學(xué)性能
        2.5.1 抗壓強(qiáng)度
        2.5.2 抗折強(qiáng)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(jié)
3 碳納米管水泥基材料的電學(xué)性能
    3.1 引言
    3.2 復(fù)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(duì)復(fù)合材料電學(xué)性能的影響
        3.3.1 導(dǎo)電性能
        3.3.2 導(dǎo)電機(jī)制及導(dǎo)電通路模型
    3.4 碳納米管表面官能團(tuán)化對(duì)復(fù)合材料電學(xué)性能的影響
        3.4.1 導(dǎo)電性能
        3.4.2 導(dǎo)電機(jī)制和導(dǎo)電通路模型
    3.5 特殊結(jié)構(gòu)和表面改性碳納米管水泥基材料的電學(xué)性能
        3.5.1 導(dǎo)電性能
        3.5.2 導(dǎo)電機(jī)制和導(dǎo)電通路模型
    3.6 本章小結(jié)
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(fù)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(shè)備與方法
    4.3 碳納米管尺寸對(duì)復(fù)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(jī)理分析
    4.4 碳納米管表面官能團(tuán)化對(duì)復(fù)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(jī)理分析
    4.5 特殊結(jié)構(gòu)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(jī)理分析
    4.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
參與科研項(xiàng)目
獲得獎(jiǎng)勵(lì)
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2882828