1 - 3 型水泥基压电复合材料的制备及性能.pdf

复合材料学报第24卷第1期2月2007年

ActaMateriaeCompositaeSinicaVol.24No.1February2007

文章编号:10003851(2007)01012205

1-3型水泥基压电复合材料的制备及性能

黄世峰,叶正茂,王守德,徐东宇,常钧,程新*
(济南大学材料科学与工程学院,济南250022)

摘要:采用切割-浇注法,以硫铝酸盐水泥为基体,制备了1-3型水泥基压电复合材料。详细阐述了1-3型水

泥基压电复合材料的制备过程;研究了0.375Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.375PbTiO3-0.25PbZrO3压电陶瓷柱的宽厚比
w/t对1-3型水泥基压电复合材料的压电性能、介电性能和声阻抗的影响。结果表明:压电陶瓷柱的宽厚比w/t

对1-3型水泥基压电复合材料性能有很大影响,随着w/t的增加,其压电应变常数d33、机电耦合系数Kp与Kt、

机械品质因数Qm、介电常数εr和介电损耗tanδ均随着w/t的增加而减小,而压电电压常数g33值几乎不受w/t
的影响。在压电陶瓷体积分数仅为22.72%的条件下,调节压电陶瓷柱的宽厚比w/t至0.130,可使复合材料的
声阻抗与混凝土的声阻抗十分接近,从而有效地解决了智能材料在土木工程中的声阻抗相容性问题。
关键词:1-3型水泥基压电复合材料;压电性能;介电性能;机电耦合系数;声阻抗
中图分类号:TB332;TU525文献标识码:A

Fabricationandpropertiesof1-3cementbasedpiezoelectriccomposites

HUANGShifeng,YEZhengmao,WANGShoude,XUDongyu,CHANGJun,CHENGXin*
(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,JinanUniversity,Jinan250022,China)

Abstract:1-3cementbasedpiezoelectriccompositeswerefabricatedusingcementasmatrixbythecut-filling
method.Thefabricationprocedureofthecompositeswasintroducedindetail.Theeffectsofwidthtothicknessw/t

ratioofthe0.375Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.375PbTiO3-0.25PbZrO3piezoelectricceramicrodonthepiezoelectricpro-
perties,dielectricpropertiesandacousticimpedanceofthecompositeswerestudied.Theresultsindicatethatthe

piezoelectricconstantd33,theelectromechanicalcouplingcoefficientsKpandKt,dielectricconstantεranddielectric
losstanδarealldependentontheratioofwidthtothicknessw/tofpiezoelectricceramicrods.Bychangingthew/t
ofpiezoelectricceramicrods,theacousticimpedanceofthecompositescanbetailoredtomatchthatoftheconcrete,
whichshowsthat1-3cementbasedpiezoelectriccompositeissuitabletobeappliedincivilstructuralhealthmonitoring.
Keywords:1-3cementbasedpiezoelectriccomposites;piezoelectricproperties;dielectricproperties;acousticimpedance

目前,在土木工程领域中,利用智能材料对一近年来,水泥基压电复合材料的研究与开发为
些重大土木工程建筑(如大跨桥梁、高耸建筑和核解决以上问题带来了希望。该类复合材料以水泥作
建筑等)实施在线健康监测和预报已引起人们的广为压电复合材料的基体,其主体材料与混凝土母体
泛关注[1-3]。然而,由于土木工程领域中的智能材材料具有最大程度的相似性,可有效地解决传统智
料研究起步较晚,目前所用的智能材料大多沿用了能材料与混凝土结构材料的相容性问题[6-8];它不
在其它领域已比较成熟的材料,如记忆合金、