一种氧化锌复合水泥基热电材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于热电材料领域，具体涉及一种高效水泥基热电材料及其制备方法。高效水泥基热电材料为在水泥中添加纳米级氧化锌粉体作为热电组分；其中，热电组分添加量占水泥质量的1％?5％。本发明该高效水泥基热电材料养护28d后热电系数达到1500μv/℃以上。该高效水泥基热电材料热电性能高，制备方法简便，成本低，便于应用推广。
【专利说明】
-种氧化巧复合水泥基热电材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于热电材料领域，具体设及一种高效水泥基热电材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 能源是人类活动的物质基础，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源 技术的使用。考虑到化石能源的日益枯竭及其使用产生的环境问题，对于获取可持续、清洁 能源的兴趣日益浓厚。热电材料可利用材料两端的溫差直接将热能转化为电能，运一过程 是通过热能激发材料内部载流子的定向运动实现的。用热电材料制作的元件具有绿色环 保，运行时无噪音、免维护和安全可靠等优点，在利用太阳能及工业余热等一些低品位热源 领域具有广泛的应用前景。
[0003] 水泥基复合材料是目前应用最为广泛的建筑材料，在城市建筑、道路、桥梁、水利 等工程中占据着重要地位。运些水泥基复合材料的结构在使用过程中由于受到太阳光照 射，会在其内外两侧产生溫差。同时，作为城市建筑墙壁的主体材料，夏季和冬季墙体两侧 产生的溫差由于室内制冷或制热作用会超过2(TC，因此水泥基复合材料结构中溫差发电的 利用将具有非常大的发展潜力。但是普通热电材料一般价格昂贵，与混凝±结构相容性不 佳，受到荷载作用容易损坏，难W在混凝±结构中广泛使用。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种高效水泥基热电材料及其制备方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种高效水泥基热电材料，水泥基复合材料中高效水泥基热电材料为纳米级氧化 锋粉体作为热电组分;其中，高效水泥基热电材料添加量占水泥基复合材料中水泥质量的
[0007] 所述纳米级氧化锋粉体为平均粒径为1-lOOnm的氧化锋颗粒。
[000引所述纳米氧化锋颗粒通过采用高能球磨法制得。
[0009] 具体方法为将氧化锋粉末、不诱钢球、尼龙罐在行星式高能球磨机中加乙醇湿磨， 转速为5(K)r/min，球、粉质量比为20:1。球磨化后，将浆料在200°C烘干。再将烘干后的粉末 干磨化，即得到目标产物纳米氧化锋。
[0010] 水泥基复合材料由水泥、水、超细娃质矿物外加剂、局效水泥基热电材料和局效减 水剂;其中，水、超细娃质矿物外加剂、高效水泥基热电材料和高效减水剂的添加量分别占 水泥基复合材料中水泥质量的35%-45%、5%-15%、1%-5%、0.5%-2.5%。
[0011] 所述水泥为娃酸盐水泥或普通娃酸盐水泥，强度等级为42.5或52.5 ;所述高效减 水剂为减水率20 %-30 %的聚簇酸系高效减水剂（同树牌）；所述的超细娃质矿物外加剂为 超细娃灰，比表面积不小于18000m2/kg，Si化含量不低于90%。
[0012] -种水泥基复合材料的制备方法，将作为高效水泥基热电材料的纳米级氧化锋粉 体制成悬浮液加入至水泥中揽拌均匀后成型，再经标准养护即可。
[0013] 具体为，将作为高效水泥基热电材料的纳米级氧化锋粉体加入到水中进行超声分 散形成悬浮液，而后再依次加入减水剂、水泥和娃灰，用水泥净浆揽拌机进行梯度揽拌使其 揽拌均匀后成型，再经过标准养护即可。
[0014] 所述梯度揽拌为首先W60-65转/分的速度慢速揽拌3-4分钟，而后再W125-135 转/分的速度快速揽拌2-3分钟。
[0015] 所述标准养护为20Γ ,95%相对湿度养护28天。
[0016] 原理:对于本发明水泥基复合材料的而言，通过在其制备过程中添加纳米级的水 泥基热电材料，使得水泥基复合材料的热电性能显著提高。水泥基复合材料进入纳米级尺 度的热电组分后引起量子约束效应，提高载流子在费米面附近的能量梯度，降低晶格热导 率，最终提高材料的热电效率。
[0017] 本发明的有益效果：
[0018] 本发明高效水泥基热电材料热电性能高，制备成本低，便于应用推广。与传统的水 泥基热电材料相比，本发明该高效水泥基热电材料养护28d后热电系数达到1500μν/ΓΚ 上，而W往的碳纤维复合水泥基材料、钢纤维复合水泥基材料W及钢渣复合水泥基材料的 热电系数一般不超过l(K)yv/°C。
【附图说明】
[0019] 图1为水泥基热电材料热电效应测试示意图。
[0020] 图2为本发明实施例提供的水泥基热电材料电压随溫差变化关系图。
[0021] 图3为本发明制备的纳米氧化锋扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合W下实施例对本发明的
【发明内容】
作详细说明。
[0023] 实施例
[0024] 将普通娃酸盐水泥、水、娃灰、减水剂W及纳米氧化锋粉末按照表1配比取料各 组分与水泥的质量百分比计)后，先将纳米氧化锋粉末加入到水中超声分散15分钟，再将聚 簇酸减水剂、水泥和娃灰加入悬浮液中用水泥净浆揽拌机慢速揽拌3分钟、快速揽拌2分钟， 揽拌均匀后在20°C ,95%相对湿度养护28天。
[0025] 所述纳米级氧化儘粉体通过水热合成方法制得，或是按相应文献制备获得纳米二 氧化儘的制备及其形貌调控巧IJ世斌，太原理工大学学报，42:369-374，2011.)
[00%] 具体制备方法为6.993 Og MnS〇4 ·此0(分析纯）和4.3587gKMn〇4(分析纯）分别在 80°C下溶于50mL的纯水，然后同时缓慢滴加 W上二溶液至Ξ 口烧瓶中，80°C恒溫水浴中反 应化，洗涂过滤烘干后即得到目标产物纳米氧化儘。
[0027] 所述水泥为娃酸盐水泥或普通娃酸盐水泥，强度等级为42.5或52.5 ;所述高效减 水剂为同树牌减水率20%-30%的聚簇酸系高效减水剂;所述的超细娃质矿物外加剂为超 细娃灰，比表面积不小于ISOOOmVkg，Si化含量不低于90%。
[0028] 将W上各实施例制得的水泥基热电材料按照图1所示的方式进行热电性能测试： 材料的两端分别与铜片相连，材料的一端用平板式电阻丝加热器W〇.〇5°C/min的速率加 热，另一端用水冷降溫。试件两端的溫差通过K型热电偶监测，产生的电压通过Fluke B15型 万用表监测，电压与溫差变化的关系如图2所示。根据电压随溫差的变化(二者的比值），可 W计算（通过电压除W溫差得到）出当氧化锋的渗量为1.0%时，其热电系数就已经超过 15(Κ)μν/°C，且渗量越高，其热电系数越高。
[0029] 表1各实施例中水泥基热电材料的配合比设计
[0030]
'[0031]综上，随着水泥基复合材料中氧化锋渗量的提高，电压-溫差曲线图的斜率逐渐变 大，即水泥基复合材料的热电系数增大，热电效应增强。通过对不同实施例的比较，发现氧 化锋的渗量是影响水泥基复合材料热电系数的主要因素，而其它因素可W忽略。
【主权项】
1. 一种高效水泥基热电材料，其特征在于：水泥基复合材料中高效水泥基热电材料为 纳米级氧化锌粉体作为热电组分;其中，高效水泥基热电材料添加量占水泥基复合材料中 水泥质量的1 %-5 %。2. 按权利要求1所述高效水泥基热电材料，其特征在于:所述纳米级氧化锌粉体为平均 粒径为1-1 OOnm的氧化锌颗粒。3. 按权利要求2所述高效水泥基热电材料，其特征在于:所述纳米氧化锌颗粒通过采用 高能球磨法制得。4. 按权利要求1或2所述高效水泥基热电材料，其特征在于：水泥基复合材料由水泥、 水、超细硅质矿物外加剂、高效水泥基热电材料和高效减水剂;其中，水、超细硅质矿物外加 剂、尚效水泥基热电材料和尚效减水剂的添加量分别占水泥基复合材料中水泥质量的 35%-45%、5%-15%、1%-5%、0.5%-2.5%〇5. 按权利要求4所述高效水泥基热电材料，其特征在于:所述水泥为硅酸盐水泥或普通 硅酸盐水泥，强度等级为42.5或52.5;所述高效减水剂为减水率20 %-30 %的聚羧酸系高效 减水剂;所述的超细硅质矿物外加剂为超细硅灰，比表面积不小于18000m2/kg，Si0 2含量不 低于90%。6. -种权利要求1所述的水泥基复合材料的制备方法，其特征在于:将作为高效水泥基 热电材料的纳米级氧化锌粉体制成悬浮液加入至水泥中搅拌均匀后成型，再经标准养护即 可。7. 按权利要求6所述的水泥基复合材料的制备方法，其特征在于:将作为高效水泥基热 电材料的纳米级氧化锌粉体加入到水中进行超声分散形成悬浮液，而后再依次加入减水 剂、水泥和硅灰，用水泥净浆搅拌机进行梯度搅拌使其搅拌均匀后成型，再经过标准养护即 可。8. 按权利要求7所述的水泥基复合材料的制备方法，其特征在于:所述梯度搅拌为首先 以60-65转/分的速度慢速搅拌3-4分钟，而后再以125-135转/分的速度快速搅拌2-3分钟。9. 按权利要求6或7所述的水泥基复合材料的制备方法，其特征在于:所述标准养护为 20 °C，95 %相对湿度养护28天。
【文档编号】C04B14/30GK106082730SQ201610422024
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610422024.5, CN 106082730 A, CN 106082730A, CN 201610422024, CN-A-106082730, CN106082730 A, CN106082730A, CN201610422024, CN201610422024.5
【发明人】李伟华, 季涛, 张 雄, 张小影, 宋立英, 廖晓
【申请人】中国科学院海洋研究所