本發(fā)明屬于熱電材料領(lǐng)域，具體涉及一種氧化亞銅復(fù)合水泥基熱電材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：能源是人類活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用?？紤]到化石能源的日益枯竭及其使用產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)于獲取可持續(xù)、清潔能源的興趣日益濃厚。熱電材料可利用材料兩端的溫差直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能，這一過(guò)程是通過(guò)熱能激發(fā)材料內(nèi)部載流子的定向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。用熱電材料制作的元件具有綠色環(huán)保，運(yùn)行時(shí)無(wú)噪音、免維護(hù)和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在利用太陽(yáng)能及工業(yè)余熱等一些低品位熱源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。水泥基復(fù)合材料是目前應(yīng)用最為廣泛的建筑材料，在城市建筑、道路、橋梁、水利等工程中占據(jù)著重要地位。這些水泥基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中由于受到太陽(yáng)光照射，會(huì)在其內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生溫差。同時(shí)，作為城市建筑墻壁的主體材料，夏季和冬季墻體兩側(cè)產(chǎn)生的溫差由于室內(nèi)制冷或制熱作用會(huì)超過(guò)20℃，因此水泥基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中溫差發(fā)電的利用將具有非常大的發(fā)展?jié)摿?。但是普通熱電材料一般價(jià)格昂貴，與混凝土結(jié)構(gòu)相容性不佳，受到荷載作用容易損壞，難以在混凝土結(jié)構(gòu)中廣泛使用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種氧化亞銅復(fù)合水泥基熱電材料及其制備方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種氧化亞銅復(fù)合水泥基熱電材料，熱電材料在水泥中添加納米氧化亞銅粉體作為熱電組分；其中，熱電組分添加量占水泥質(zhì)量的1％-5％。所述納米氧化亞銅粉體通過(guò)水溶液法制得，平均粒徑為1-100nm的氧化亞銅顆粒。所述納米氧化亞銅粉體為將五水硫酸銅與聚乙烯吡咯烷酮(k30)溶解于過(guò)量的蒸餾水中，并磁力攪拌20-25min，再加入檸檬酸鈉和碳酸鈉，再經(jīng)磁力攪拌10-15min，攪拌后再加入的葡萄糖并磁力攪拌5-10min，將溶液轉(zhuǎn)移到磁力水浴鍋中于75-85℃下反應(yīng)2-4h,離心分離得到固體產(chǎn)物納米氧化亞銅。其中，五水硫酸銅與蒸餾水的質(zhì)量比為1:100-1:150，聚乙烯吡咯烷酮與五水硫酸銅質(zhì)量比為2:1-4:1,檸檬酸鈉與五水硫酸銅質(zhì)量比為0.5:1-1:1,碳酸鈉與五水硫酸銅質(zhì)量比為0.45:1-0.55:1,葡萄糖與五水硫酸銅質(zhì)量比為0.5:1-1.5:1。熱電材料由水泥、水、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑、熱電組分和高效減水劑；其中，水、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑、熱電組分和高效減水劑的添加量分別占水泥質(zhì)量的35％-45％、5％-15％、1％-5％、0.5％-2.5％。所述水泥為硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5或52.5；所述高效減水劑為減水率20％-30％的聚羧酸系高效減水劑；所述的超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑為超細(xì)硅灰，比表面積不小于15000m2/kg，sio2含量不低于90％。一種氧化亞銅復(fù)合水泥基熱電材料的制備方法，將作為熱電組分的納米氧化亞銅粉體制成懸濁液加入至水泥中攪拌均勻后成型，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)即可。將作為熱電組分的納米氧化亞銅粉體加入到水中進(jìn)行超聲分散形成懸濁液，而后按照上述比例依次加入減水劑、水泥和硅灰，用水泥凈漿攪拌機(jī)進(jìn)行梯度攪拌使其攪拌均勻后成型，再經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)即可。所述梯度攪拌為首先以60-65轉(zhuǎn)/分的速度慢速攪拌3-4分鐘，而后再以125-135轉(zhuǎn)/分的速度快速攪拌2-3分鐘。所述標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)為20℃，95％相對(duì)濕度養(yǎng)護(hù)28d。原理：對(duì)于本發(fā)明的水泥基熱電材料而言，通過(guò)在其制備過(guò)程中添加納米熱電組分，使得水泥基復(fù)合材料的熱電性能顯著提高。水泥基復(fù)合材料進(jìn)入納米尺度后熱電組分后引起量子約束效應(yīng)，提高載流子在費(fèi)米面附近的能量梯度，降低晶格熱導(dǎo)率，最終提高材料的熱電效率。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的高效水泥基熱電材料熱電性能高，制備成本低，便于應(yīng)用推廣。與傳統(tǒng)的水泥基熱電材料相比，本發(fā)明該高效水泥基熱電材料養(yǎng)護(hù)28d后熱電系數(shù)達(dá)到1000μv/℃以上(而以往的碳纖維復(fù)合水泥基材料、鋼纖維復(fù)合水泥基材料以及鋼渣復(fù)合水泥基材料的熱電系數(shù)一般不超過(guò)100μv/℃)。附圖說(shuō)明圖1為水泥基熱電材料熱電效應(yīng)測(cè)試示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的水泥基熱電材料電壓隨溫差變化關(guān)系圖。圖3為本發(fā)明制備的納米氧化亞銅掃描xrd圖，x-射線粉末衍射的特征峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片pdf05-0667相同，說(shuō)明為純凈的cu2o。圖4為本發(fā)明制備的納米氧化亞銅掃描電鏡圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的
發(fā)明內(nèi)容作詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例水泥基熱電材料的制備：將普通硅酸鹽水泥、水、硅灰、減水劑以及納米氧化亞銅粉末按照表1配比取料(以各組分與水泥的質(zhì)量百分比計(jì))后，先將納米氧化亞銅粉末加入到水中超聲分散15分鐘，再將同樹(shù)牌聚羧酸減水劑、水泥和硅灰加入懸浮液中用水泥凈漿攪拌機(jī)以60轉(zhuǎn)/分鐘慢速攪拌3分鐘、再以130轉(zhuǎn)/分鐘快速攪拌2分鐘，攪拌均勻后在20℃，95％相對(duì)濕度養(yǎng)護(hù)28d。上述納米氧化亞銅粉末的制備過(guò)程為：將五水硫酸銅與聚乙烯吡咯烷酮(k30)溶解于過(guò)量的蒸餾水中，并磁力攪拌20min，再加入檸檬酸鈉和碳酸鈉，再經(jīng)磁力攪拌15min，攪拌后再加入的葡萄糖并磁力攪拌10min，將溶液轉(zhuǎn)移到磁力水浴鍋中于80℃下反應(yīng)2h,離心分離得到固體產(chǎn)物納米氧化亞銅。其中，五水硫酸銅與蒸餾水的質(zhì)量比為1:100，聚乙烯吡咯烷酮與五水硫酸銅質(zhì)量比為3.2:1,檸檬酸鈉與五水硫酸銅質(zhì)量比為0.78:1,碳酸鈉與五水硫酸銅質(zhì)量比為0.50:1,葡萄糖與五水硫酸銅質(zhì)量比為1:1。(參見(jiàn)圖3和4)由圖3和4可見(jiàn)制備出的產(chǎn)物為純凈的cu2o粉末，粒徑在100nm以內(nèi)，略有團(tuán)聚。所用水泥為山東山水水泥廠生產(chǎn)的42.5普通硅酸鹽水泥。硅灰為elken公司提供的超細(xì)硅灰，平均粒徑0.15-0.20μm，比表面積約18000m2/kg。對(duì)照例1:將普通硅酸鹽水泥、水、硅灰、減水劑按照表1對(duì)照例1中配比取料(以各組分與水泥的質(zhì)量百分比計(jì))后，將同樹(shù)牌聚羧酸減水劑、普通硅酸鹽水泥和硅灰依次加入水中用水泥凈漿攪拌機(jī)以60轉(zhuǎn)/分鐘的慢速攪拌下3分鐘、再以130轉(zhuǎn)/分鐘的快速攪拌下2分鐘，攪拌均勻后在20℃，95％相對(duì)濕度養(yǎng)護(hù)28天。表1各實(shí)施例中水泥基熱電材料的配合比設(shè)計(jì)編號(hào)水泥水硅灰減水劑氧化亞銅實(shí)施例1100％42％10％1.0％1.0％實(shí)施例2100％42％10％1.5％2.0％實(shí)施例3100％42％15％1.0％3.0％實(shí)施例4100％40％15％1.5％4.0％實(shí)施例5100％40％5％0.5％5.0％對(duì)照例1100％42％10％1.0％0將上述實(shí)施例以及對(duì)比例制得的水泥基熱電材料按照?qǐng)D1所示的方式進(jìn)行熱電性能測(cè)試：材料的兩端分別與銅片相連，材料的一端用平板式電阻絲加熱器以0.05℃/min的速率加熱，另一端用水冷降溫。試件兩端的溫差通過(guò)k型熱電偶監(jiān)測(cè)，產(chǎn)生的電壓通過(guò)flukeb15型萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)，電壓與溫差變化的關(guān)系如圖2所示。根據(jù)電壓隨溫差的變化(二者的比值)，可以計(jì)算出當(dāng)氧化亞銅的摻量為1.0％時(shí)，其熱電系數(shù)就已經(jīng)超過(guò)1000μv/℃，且摻量越高，其熱電系數(shù)越高。其通過(guò)在制備過(guò)程中添加納米熱電組分，并在梯度攪拌的條件下使得水泥基復(fù)合材料的熱電性能顯著提高。水泥基復(fù)合材料進(jìn)入納米尺度后熱電組分后引起量子約束效應(yīng)，提高載流子在費(fèi)米面附近的能量梯度，降低晶格熱導(dǎo)率，最終提高材料的熱電效率。當(dāng)前第1頁(yè)12