将碳纳米管作为导电填料,加入喷墨打印专用墨水,制备成新型碳系导电油墨,并加入助剂等添加剂调节油墨的综合性能。通过实验,研究分析了碳系导电油墨中碳纳米管的质量分数、形成碳系导电油墨涂层的喷涂层数,油墨涂层喷涂成型后的静置时间、电极铜片与油墨涂层的接触面积、油墨涂层的基底材料等对其导电性能的影响。结果表明,碳系导电油墨的电阻随着碳纳米管质量分数和喷涂层数的增加而下降;一定质量分数的碳系导电油墨,喷涂3层以上时,涂层电阻对喷涂完成后的静置时间效应不敏感;对于一定特性的碳系导电油墨涂层,总电阻值与接触面积的倒数值具有线性关系;不同的涂层基底材料对导电涂层的导电性能有影响。

将碳纳米管(CNTs)作为导电填料制备了碳纳米管水泥基复合材料(CNT/CC),分别研究了CNT/CC在不同温度、湿度下的电阻率变化规律,探讨其作为本征型温、湿度传感器的可行性。结果表明,试件在25~55℃区间内具有较好的温敏性,CNTs掺量为0.5%的CNT/CC试件单位温度内电阻率变化率在1.5%以上,且在升温和降温条件下,电阻率变化率随温度线性变化的相关系数分别为-0.950和-0.984;试件内部含水率在0.6%~6.0%时的湿敏性能最佳,且CNTs掺量为0.5%的试件电阻率变化率最大,达到91.2%。

采用超声波法制备了SiO2溶胶-碳纳米管(CNTs)分散液,研究了SiO2溶胶-CNTs分散液对水泥基复合材料性能的影响,并用SEM、EDS、XRD微观测试方法对其进行了表征。结果表明:以SiO2溶胶为分散介质,通过超声波法能够实现CNTs在水泥基复合材料中的均匀分散;掺1.5%的SiO2溶胶和0.15%的CNTs能进一步提高砂浆的力学性能;SiO2溶胶的火山灰活性消耗了砂浆中多余的水化产物Ca(OH)2,形成C-S-H凝胶密实了砂浆结构,CNTs在水泥浆体和细骨料界面之间起到纤维增强的作用,细化了孔隙,填补了微裂缝,降低了孔隙率。

选择三种养护方式(标准养护、80℃热水养护、洒水养护)、设置5种碳纳米管掺量(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%),研究了碳纳米管的分散性和掺量、养护方式对碳纳米管活性粉末混凝土力学性能的影响,并基于SEM测试结果对基体进行了微观分析。结果表明:经分散处理后的MWCNTs溶液的分散性和稳定性提高;相较于未分散处理的MWCNTs,MWCNTs分散液对活性粉末混凝土抗压、抗折强度的提高幅度更大;80℃热水养护下,当经分散处理后的MWCNTs掺量为0.10%时,MWCNTs活性粉末混凝土的抗压和抗折强度最大;标准养护和洒水养护下,当经分散处理后的MWCNTs掺量为0.15%时,MWCNTs活性粉末混凝土的抗压和抗折强度最大;SEM结果显示,胶凝材料二次水化生成了大量水化硅酸钙,减少了孔隙;碳纳米管能与基体紧密连接,阻止微裂缝的生成和扩展,起到了桥接和填充作用。

为了深入探讨碳纳米管水泥砂浆的电导特性,在细观力学的基础上提出了预测碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的数学模型。该模型基于Mori-Tanaka方法,考虑碳纳米管之间的隧穿电导,可求出碳纳米管复合水泥基体的有效电导;此外,还考虑了应变作用下孔隙水离子电导随空隙连通性变化对碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的影响,根据试验结果拟合出相关预测参数。结果表明:考虑离子电导的影响,根据提出的预测模型求出的压阻效应预测值与试验结果符合较好。