双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料及其制备方法

本发明涉及水泥基压电复合材料，具体涉及一种双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、水泥基压电复合材料的研究和发展可以追溯到20世纪90年代。起初，压电材料主要应用于电子器件和传感器领域，而水泥基材料主要用于建筑工程。随着技术的进步，研究人员开始探索将压电陶瓷与水泥相结合，从而创建一种新型的功能材料。它具有水泥基材料的耐久性和压电材料的功能特性，因此在结构健康监测、能量收集和传感器等领域具有广泛的应用前景。当前，市面上常见的水泥基压电复合材料结构为0-3型和1-3型。0-3型水泥基压电复合材料是指具有压电活性的陶瓷颗粒分散于三维连续的水泥基体中形成的复合材料。0-3型水泥基压电复合材料的压电性能通常较低，这是因为压电陶瓷颗粒随机分散在水泥基体中，这限制了材料的压电效应和传感性能。1-3型水泥基压电复合材料是由一维压电陶瓷柱平行排列于三维连通的水泥基体中而构成的两相压电复合材料，由于结构的改变，压电性能得到了提高。虽然水泥基压电复合材料的研究取得了很大的进展，但仍有许多问题有待解决。例如，水泥基压电陶瓷相的空间不连续导致载荷从周围水泥基体向陶瓷填料的传递较差，极大地限制了其压电性能。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料及其制备方法。本发明采用的技术手段如下：

2、一种双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料，包括相互结合的压电陶瓷材料和水泥材料，所述压电陶瓷材料为三维网状结构，所述三维网状结构的曲面上所有点的平均曲率为零，且在三维的三个方向上具有周期性。

3、进一步地，所述压电陶瓷材料的三维网状结构由一个或两个以上的单元格构成，所述单元格符合以下公式：

4、f(x,y,z)＝n,0<n<1；其中

5、coswx+coswy+coswz＝n，或者

6、3×(coswx+coswz+coswy)+4×coswx×coswz×coswy＝n，

7、其中，x,y,z为空间坐标，ω＝2π/l，l为单元格的长度，f为压电陶瓷材料的体积与整体体积之比。

8、进一步地，所述压电复合材料中压电陶瓷材料的体积分数为10％～20％。

9、进一步地，所述压电陶瓷材料为锆钛酸铅陶瓷，所述水泥材料为硅酸盐水泥。

10、一种双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料的制备方法，用于制备本发明所述的双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料，包括以下步骤：

11、s1：采用光固化3d打印技术对压电陶瓷颗粒和光敏树脂的混合浆料进行固化成形，得到三维实体模型；

12、s2：将步骤s1得到的三维实体模型进行烧结，烧结致密并随炉冷却，得到双连续压电陶瓷材料；

13、s3：在步骤s2得到的压电陶瓷材料的孔隙中填充水泥浆体，并使其完全凝固，形成双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料。

14、与现有技术比较，本发明所述的双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料采用双连续结构可以为材料赋予更多的功能和性能，包括增强材料的压电效应、提高材料的耐久性等。通过合理设计双连续结构，可以实现水泥基压电陶瓷板的多功能性能优化，从而适应水泥基路面蓄能的工程需求。

技术特征：

1.一种双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料，包括相互结合的压电陶瓷材料和水泥材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料为三维网状结构，所述三维网状结构的曲面上所有点的平均曲率为零，且在三维的三个方向上具有周期性。

2.根据权利要求1所述的双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料的三维网状结构由一个或两个以上的单元格构成，所述单元格符合以下公式：

3.根据权利要求1或2所述的双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料，其特征在于：所述压电复合材料中压电陶瓷材料的体积分数为10％～20％。

4.根据权利要求1或2所述的双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料为锆钛酸铅陶瓷，所述水泥材料为硅酸盐水泥。

5.一种双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料的制备方法，用于制备权利要求1至4中任意一项所述的双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料及其制备方法，所述双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料包括相互结合的压电陶瓷材料和水泥材料，所述压电陶瓷材料和水泥材料均为三维网状结构，所述三维网状结构的曲面上所有点的平均曲率为零，且在三维的三个方向上具有周期性本发明所述的双连续结构压电陶瓷/水泥压电复合材料采用双连续结构可以为材料赋予更多的功能和性能，包括增强材料的压电效应、提高材料的耐久性等。通过合理设计双连续结构，可以实现水泥基压电陶瓷板的多功能性能优化，从而适应水泥基路面蓄能的工程需求。技术研发人员：许浒,陈旭阳,李洪亮,姜谙男受保护的技术使用者：大连海事大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2