热电水泥基复合材料及其制备方法和应用技术

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。Seebeck系数及电导率。Seebeck系数及电导率。

【技术实现步骤摘要】
热电水泥基复合材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及热电材料
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]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。
[0005]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。
[0006]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)。
[0007]在一些实施方式中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
[0008]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。
[0009]在一些实施方式中，所述硅酸盐水泥基体的孔隙率为18％～25％。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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：
[0013]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)；
[0014]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
[0015]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。
[0016]在一些实施方式中，所述真空饱和的真空度≤0.098Pa。
[0017]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。
[0018]在一些实施方式中，在将所述浆料置于模具中成型之前，还包括将减水剂混合于所述浆料中的步骤；所述硅酸盐水泥与所述减水剂的质量比为100：(0.1～0.3)。
[0019]第三方面，本申请进一步提供一种第一方面所述的水泥基复合材料作为热电材料的应用。
[0020]本申请提供的热电水泥基复合材料，使用具有显著热电效应的二维纳米材料石墨烯作为复合材料中的功能填料，可以为复合材料提供了大量的空穴载流子，使其具有p型(p
‑
type)热电效应，获得较高的Seebeck系数，且具有造价便宜、可大批量生产的优点。而且本申请提供的热电水泥基复合材料中添加较低含量的石墨烯即可实现Seebeck系数的显著提升，石墨烯可作为电子热电组分提供大量空穴载流子。同时，在水泥基体的孔隙内填充离子液体，即p型离子热电组分，以提供离子热电效应。在温差作用下，热电水泥基复合材料内部的离子载流子与电子载流子协同工作，即通过“离子
‑
电子”混合热电效应显著提升了复合材料的Seebeck系数，并提升了其电导率。
[0021]此外，由于离子液体本身属于高分子材料，其不与水泥基体发生反应，从而提高了离子热电效应的稳定性。而且通过引入离子液体作为离子导电材料，降低了水泥基体中石墨烯片之间的界面电阻，进一步提升了热电水泥基复合材料的电子电导率。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为一实施方式中热电水泥基复合材料的制备工艺示意图。
具体实施方式
[0024]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0026]除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。例如，因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
[0027]传统提升热电水泥基复合材料热电效应的方式通常无法显著有效提升其热电系数与电导率，且会导致其力学性能和耐久性的下降，同时高掺量的功能填料会导致制备成本的提高。为此，本申请提供了一种热电水泥基复合材料及其制备方法和应用，可在保证力学性能、耐久性能、经济性的基础上，实现水泥基复合材料Seebeck系数和电导率的提升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电水泥基复合材料，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的热电水泥基复合材料，其特征在于，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)。3.如权利要求2所述的热电水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。4.如权利要求1所述的热电水泥基复合材料，其特征在于，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。5.如权利要求1～4任一项所述的热电水泥基复合材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥基体的孔隙率为18％～25％。6.如权利要求1～4任一项所述的热电水泥基复合材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥基体的强度等级为42.5或52.5。7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏亚，崔一纬，王亚琼，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：