CN103427014A - 一种夹层式水泥基热电功能材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种夹层式水泥基热电功能材料及其制备方法，该材料包括两片碳纤维水泥板及作为中间夹层的Bi2Te3基热电材料层；用甲基纤维素作为分散剂将碳纤维均匀分散在水中，然后加入硅灰、水泥及消泡剂混合搅拌10min，形成碳纤维水泥浆，并成型；在碳纤维水泥浆成型15min后用刷子将碲化铋基热电材料在碳纤维水泥浆表面均匀涂抹一层；将两片都涂有碲化铋基热电材料的碳纤维水泥浆紧贴在一起成型，拆模，并养护后，得到夹层式水泥基热电功能材料。与现有技术相比，本发明中Bi2Te3基热电材料用量少，并和混凝土结构可以很好地结合，而且具有高热电势率、低电阻率等优点，对混凝土结构中温差发电以及工业余热利用具有十分重要的促进作用，前景广阔。

Description

一种夹层式水泥基热电功能材料及其制备方法
技术领域
本发明属于热电材料以及制备方法技术领域，尤其是涉及一种夹层式水泥基热电功能材料及其制备方法。
背景技术
能源是人类活动的物质基础，能源问题已经成为21世纪人类所共同关注的问题。热电材料是利用热电效应，通过材料内部载流子运动将热能和电能相互耦合、相互转换的一类重要的功能材料。作为一种绿色材料，用热电材料制作的器件具有无污染、无噪音、体积小、反应快、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极广泛的应用前景。
硅酸盐水泥自从发明以来就是最大宗的建筑材料，广泛应用于建筑、桥梁、水利等工程中。混凝土结构在使用过程中由于受到太阳光照射等环境影响，其内外会产生温差。同时，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，内外会产生超过20℃的温差。由于混凝土应用非常广泛，混凝土结构中温差电的利用将具有非常广阔的发展潜力。但是普通热电材料一般价格昂贵，与混凝土结构相容性不佳，受到荷载作用容易损坏，难以在混凝土结构中广泛使用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高热电势率、低电阻率的夹层式水泥基热电功能材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种夹层式水泥基热电功能材料，包括两片碳纤维水泥板及设在两片碳纤维水泥板之间的中间夹层，所述的中间夹层为Bi2Te3基热电材料层，两片碳纤维水泥板的厚度相同，为3～8mm，中间夹层的厚度为0.1～1mm。
一种夹层式水泥基热电功能材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)用甲基纤维素作为分散剂将碳纤维均匀分散在水中，然后加入硅灰、水泥及消泡剂混合搅拌10min，形成碳纤维水泥浆，并在模具中成型；
(2)将碲化铋(Bi2Te3)基热电材料在乙二醇乙醚中分散，在步骤(1)所述的碳纤维水泥浆成型15min后用刷子将碲化铋基热电材料在碳纤维水泥浆表面均匀涂抹一层；
(3)将两片都涂有碲化铋基热电材料的碳纤维水泥浆紧贴在一起成型，1d后拆模，并于标准养护室养护25～30d，得到夹层式水泥基热电功能材料。
步骤(1)所述的碳纤维的长度为3～6mm，碳纤维在水中的掺量为0.4％～0.8％，水灰比为0.45～0.52，硅灰的加入量为水泥重量的10％～15％，分散剂的加入量为水泥质量的0.4％～1.0％，消泡剂的加入量为水泥质量的0.1％～0.5％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
本发明提供的夹层式水泥基热电功能材料中Bi2Te3基热电材料用量少，和混凝土结构可以很好地结合，而且具有高热电势率、低电阻率等优点，具有很高的性价比，对混凝土结构中温差发电以及工业余热利用具有十分重要的促进作用，前景广阔。
附图说明
图1为本发明的夹层式水泥基热电功能材料的结构示意图。
图中，1为碳纤维水泥板，2为中间夹层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种夹层式水泥基热电功能材料，如图1所示，包括两片碳纤维水泥板1及设在两片碳纤维水泥板1之间的中间夹2层，中间夹层2为Bi2Te3基热电材料层，两片碳纤维水泥板1的厚度相同，为3mm，中间夹层2的厚度为0.5mm。
一种夹层式水泥基热电功能材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)用甲基纤维素作为分散剂将碳纤维均匀分散在水中，然后加入硅灰、水泥及消泡剂混合搅拌10min，形成碳纤维水泥浆，并在模具中成型，其中碳纤维的长度为4mm，碳纤维在水中的掺量为0.4％，水灰比为0.45，硅灰的加入量为水泥重量的10％，分散剂的加入量为水泥质量的0.8％，消泡剂的加入量为水泥质量的0.4％；
(2)将碲化铋(Bi2Te3)基热电材料在乙二醇乙醚中分散，在步骤(1)碳纤维水泥浆成型15min后用刷子将碲化铋基热电材料在碳纤维水泥浆表面均匀涂抹一层；
(3)将两片都涂有碲化铋基热电材料的碳纤维水泥浆紧贴在一起成型，1d后拆模，并于标准养护室养护28d，得到夹层式水泥基热电功能材料。
本实施例制备的夹层式水泥基热电功能材料温差电动势率为62μV/K，显著高于碳纤维水泥基材料的温差电动势率(一般小于12μV/K)，电阻率为4.1Ω·m。
实施例2
一种夹层式水泥基热电功能材料，如图1所示，包括两片碳纤维水泥板1及设在两片碳纤维水泥板1之间的中间夹2层，中间夹层2为Bi2Te3基热电材料层，两片碳纤维水泥板1的厚度相同，为6mm，中间夹层2的厚度为0.1mm。
一种夹层式水泥基热电功能材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)用甲基纤维素作为分散剂将碳纤维均匀分散在水中，然后加入硅灰、水泥及消泡剂混合搅拌10min，形成碳纤维水泥浆，并在模具中成型，其中碳纤维的长度为6mm，碳纤维在水中的掺量为0.5％，水灰比为0.50，硅灰的加入量为水泥重量的10％，分散剂的加入量为水泥质量的0.6％，消泡剂的加入量为水泥质量的0.3％；
(2)将碲化铋(Bi2Te3)基热电材料在乙二醇乙醚中分散，在步骤(1)碳纤维水泥浆成型15min后用刷子将碲化铋基热电材料在碳纤维水泥浆表面均匀涂抹一层；
(3)将两片都涂有碲化铋基热电材料的碳纤维水泥浆紧贴在一起成型，1d后拆模，并于标准养护室养护28d，得到夹层式水泥基热电功能材料。
本实施例制备的夹层式水泥基热电功能材料温差电动势率为44μV/K，电阻率为3.7Ω·m。
实施例3
一种夹层式水泥基热电功能材料，如图1所示，包括两片碳纤维水泥板1及设在两片碳纤维水泥板1之间的中间夹2层，中间夹层2为Bi2Te3基热电材料层，两片碳纤维水泥板1的厚度相同，为8mm，中间夹层2的厚度为1mm。
一种夹层式水泥基热电功能材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)用甲基纤维素作为分散剂将碳纤维均匀分散在水中，然后加入硅灰、水泥及消泡剂混合搅拌10min，形成碳纤维水泥浆，并在模具中成型，其中碳纤维的长度为3mm，碳纤维在水中的掺量为0.8％，水灰比为0.52，硅灰的加入量为水泥重量的15％，分散剂的加入量为水泥质量的1.0％，消泡剂的加入量为水泥质量的0.1％；
(2)将碲化铋(Bi2Te3)基热电材料在乙二醇乙醚中分散，在步骤(1)碳纤维水泥浆成型15min后用刷子将碲化铋基热电材料在碳纤维水泥浆表面均匀涂抹一层；
(3)将两片都涂有碲化铋基热电材料的碳纤维水泥浆紧贴在一起成型，1d后拆模，并于标准养护室养护25d，得到夹层式水泥基热电功能材料。
本实施例制备的夹层式水泥基热电功能材料温差电动势率为39μV/K，电阻率为3.2Ω·m。
实施例4
一种夹层式水泥基热电功能材料，如图1所示，包括两片碳纤维水泥板1及设在两片碳纤维水泥板1之间的中间夹2层，中间夹层2为Bi2Te3基热电材料层，两片碳纤维水泥板1的厚度相同，为8mm，中间夹层2的厚度为1mm。
一种夹层式水泥基热电功能材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)用甲基纤维素作为分散剂将碳纤维均匀分散在水中，然后加入硅灰、水泥及消泡剂混合搅拌10min，形成碳纤维水泥浆，并在模具中成型，其中碳纤维的长度为3mm，碳纤维在水中的掺量为0.8％，水灰比为0.52，硅灰的加入量为水泥重量的13％，分散剂的加入量为水泥质量的0.4％，消泡剂的加入量为水泥质量的0.5％；
(2)将碲化铋(Bi2Te3)基热电材料在乙二醇乙醚中分散，在步骤(1)碳纤维水泥浆成型15min后用刷子将碲化铋基热电材料在碳纤维水泥浆表面均匀涂抹一层；
(3)将两片都涂有碲化铋基热电材料的碳纤维水泥浆紧贴在一起成型，1d后拆模，并于标准养护室养护30d，得到夹层式水泥基热电功能材料。
本实施例制备的夹层式水泥基热电功能材料温差电动势率为37μV/K，电阻率为3.1Ω·m。

Claims (3)

1.一种夹层式水泥基热电功能材料，其特征在于，包括两片碳纤维水泥板及设在两片碳纤维水泥板之间的中间夹层，所述的中间夹层为Bi2Te3基热电材料层，两片碳纤维水泥板的厚度相同，为3～8mm，中间夹层的厚度为0.1～1mm。
2.一种如权利要求1所述的夹层式水泥基热电功能材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)用甲基纤维素作为分散剂将碳纤维均匀分散在水中，然后加入硅灰、水泥及消泡剂混合搅拌10min，形成碳纤维水泥浆，并在模具中成型；
(2)将碲化铋基热电材料在乙二醇乙醚中分散，在步骤(1)所述的碳纤维水泥浆成型15min后用刷子将碲化铋基热电材料在碳纤维水泥浆表面均匀涂抹一层；
(3)将两片都涂有碲化铋基热电材料的碳纤维水泥浆紧贴在一起成型，1d后拆模，并于标准养护室养护25～30d，得到夹层式水泥基热电功能材料。
3.根据权利要求2所述的一种夹层式水泥基热电功能材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的碳纤维的长度为3～6mm，碳纤维在水中的掺量为0.4％～0.8％，水灰比为0.45～0.52，硅灰的加入量为水泥重量的10％～15％，分散剂的加入量为水泥质量的0.4％～1.0％，消泡剂的加入量为水泥质量的0.1％～0.5％。
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