1、0-3型水泥基壓電復合材料是由壓電陶瓷顆粒和三維的水泥基體而構成，它因具有與混凝土兼容性好、強度高、耐久性好及成本低等優(yōu)點而在土木工程領域中受到人們越來越多的重視。0-3型水泥基壓電復合的材料的研究已取得一些具有積極意義的進展，但同時也存在著許多不足之處。由于壓電陶瓷相主要以顆粒狀彌散分布在水泥基體中，其電場通路的連通性較差，使得復合材料極化過程中的極化效率不高，壓電應變系數(shù)d較低。因此，在查閱大量國內外相關文獻的基礎上，本文提出了一種

2、通過在壓電復合材料中摻加微量改性組分，從而改善其電學性能并提高壓電復合材料壓電與介電性能的思路。 本文采用壓制成型法制備了改性0-3型水泥基壓電復合材料，分別研究了改性組分(碳黑、鍶鐵氧體和鋇鐵氧體)摻量對壓電復合材料的壓電、介電、機電耦合系數(shù)，機械品質因數(shù)及聲阻抗等性能的影響，以及改性0-3型水泥基壓電復合材料的介電常數(shù)、介電損耗和電阻率隨溫度的變化關系。研究結果表明:隨著改性組分的摻入，壓電復合材料的壓’電應變常數(shù)d33和壓

3、電電電壓常數(shù)g33呈先增大后減小的趨勢，當碳黑、鍶鐵氧體及鋇鐵氧體的摻量分別在0.3％，0.4％，0.4％時，壓電復合材料的壓電應變常數(shù)d33和壓電電壓常數(shù)g33達到極值。隨著改性組分摻量的增加，0-3型水泥基壓電復合材料的介電常數(shù)εr和介電損耗tanδ逐漸增大。改性組分的摻量對壓電復合材料的平面機電耦合系數(shù)KP、厚度機電耦合系數(shù)K1和機械品質因數(shù)Qm影響較小。隨著溫度的升高，改性0-3型水泥基壓電復合材料的介電常數(shù)εr和介電損耗tan

4、δ逐漸增大，電阻率p逐漸減小。隨著碳黑的摻入，壓電復合材料的聲阻抗Z逐漸降低，但降低幅值不大。鍶鐵氧體和鋇鐵氧體的摻入使壓電復合材料的聲阻抗增大，但聲阻抗與二者的摻量沒有明顯關系。 研究了極化條件對改性0-3型水泥基壓電復合材料性能的影響。結果表明:極化電場強度越大，極化時間越長，極化溫度越高，壓電復合材料的壓電應變常數(shù)d33、壓電電壓常數(shù)g33、介電常數(shù)εr和介電損耗tanδ越大。極化條件對壓電復合材料的平面機電耦合系數(shù)Kp、

5、厚度機電耦合系數(shù)Kt、機械品質因數(shù)Qm及聲阻抗Z無顯著影響。 研究了普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥對改性0-3型水泥基壓電復合材料性能的影響。結果表明:碳黑改性普通硅酸鹽水泥基壓電復合材料具有相對較高的壓電應變常數(shù)和介電常數(shù)，其值分別為31.5 pC·N-1和111；鍶鐵氧體改性普通硅酸鹽水泥基壓電復合材料具有較高的壓電電壓常數(shù)g33，其值為32.9 mV·m·N-1。水泥基體及改性組分對壓電復合材料的平面機電耦合系數(shù)Kp影響不大