一種溫度傳感器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種溫度傳感器的制備方法，其特征在于包括如下步驟：將等質量的碳納米管、分散劑加入水中，超聲分散，得到碳納米管分散液；將碳納米管分散液與水泥攪拌后裝入模具中，將電極沿模具長度方向，等間距插入模具中，拆模后，標準養(yǎng)護28天，得到傳感器原件；碳納米管質量為水泥質量的0.05%-1%，水灰比為0.4；將傳感器原件放入開啟混凝土殼體內(nèi)，空隙處填充緩沖塊固定，制得溫度傳感器。與混凝土相容性好，強度高、韌性好，且可連續(xù)敷設，適用于水利大壩、公路或建筑物的內(nèi)部長期溫度監(jiān)測的溫度傳感器。
【專利說明】一種溫度傳感器的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混凝土相容性好的溫度傳感器，強度高、韌性好，且可連續(xù)敷設。適用于水利大壩、公路或建筑物的內(nèi)部長期溫度監(jiān)測。
【背景技術】
[0002]在大體積混凝土工程中，容易因為水泥水化或其他因素造成的內(nèi)外溫度差異而引起混凝土開裂，嚴重影響大體積混凝土的耐久性。因此，大體積混凝土結構基礎溫度監(jiān)測對于解決和控制溫度引起的裂縫從而提高耐久性有著很重要的作用。在工程現(xiàn)場檢測中，傳統(tǒng)的溫度傳感器是溫度計、熱電偶、光纖光柵溫度傳感器等，溫度計與熱電偶準確性低、精度不夠，而光纖光柵溫度傳感器價格昂貴，國內(nèi)尚沒有內(nèi)埋式測量混凝土溫度的理想傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種溫度傳感器的制備方法，所得傳感器與混凝土相容性好，強度高、韌性好，且可連續(xù)敷設。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是:
一種溫度傳感器的制備方法，包括如下步驟:
①將碳納米管、分散劑(0P-10，與碳納米管等質量)加入水中，超聲分散，得到均勻的碳納米管分散液；
分散過程具體如下:先將分散劑加入水中，超聲分散l_2min，超聲功率IOOw ;再加入碳納米管，超聲工作3s、停ls，超聲時間為60-90min，超聲功率100w，這樣既保證碳納米管均勻分散在水中，還保證碳納米管不會被超聲波打斷，縮小長徑比。
[0005]②將碳納米管分散液與水泥攪拌后裝入尺寸為20mmX 20mmX 80mm的模具中，之后將四個不銹鋼網(wǎng)電極沿長度方向，分別在10mm,30mm, 50mm, 70mm處垂直插入模具中，I天后拆模，標準養(yǎng)護28天，得到碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器原件；
碳納米管質量為水泥質量的0.05%-1%，水灰比為0.4 ；
③成型可開啟混凝土結構，其強度略高于周圍混凝土強度，尺寸略大于碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器，起到保護碳納米管/水泥基復合材料不受外界應力影響的作用；
④將碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器原件置入兩個L形可開啟混凝土結構中(閉合后呈中空的長方體形)，空隙處填充聚氨酯固定，制得溫度傳感器。
[0006]工作原理分析:碳納米管在水泥基中的導電主要依靠碳納米管的隧道效應，當溫度升高時，一方面由于碳納米管表面部分處于能帶中的電子和空穴因升溫吸收能量后被激發(fā)成載流子，載流子濃度升高，另一方面，載流子獲得更高能量，突破碳納米管間距過大的限制，躍遷能力增強。因此，碳納米管/水泥基復合材料的導電能力增強。當溫度降低時，呈現(xiàn)相反的變化。[0007]碳納米管/水泥基復合材料的電阻率值隨溫度單調變化，且當溫度降低時，其電阻率值呈現(xiàn)良好的可回復性(在升降溫過程中，碳納米管/水泥基復合材料的電阻率值曲線基本重合)，繪制電阻率-溫度的標準曲線，再直接采用萬用表測量碳納米管/水泥基復合材料的電阻率，可得出環(huán)境溫度，具有試驗裝置簡單，測試結果準確，適用于水利大壩、公路或建筑物等內(nèi)部長期溫度監(jiān)測的傳感器，強度高、韌性好，耐久性好，且可連續(xù)敷設。由于碳納米管/水泥基復合材料及混凝土成分相似，所以相容性較好，且連續(xù)敷設對于混凝土性能影響不大；當碳納米管摻量為0.05%時，水泥砂漿的強度可提高10-20% ;由于碳納米管的高長徑比以及纖維橋聯(lián)及拔出效應，加入水泥基中，可提高其韌性；由于碳納米管的尺寸效應和滲透結晶效應，可滲入到細孔中，使得其耐久性提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為溫度傳感器的俯視圖；
圖2為溫度傳感器原件的立體圖；
其中:1_可開啟混凝土外殼；2_碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器原件；3_聚氨酯緩沖塊；4_不銹鋼網(wǎng)電極；
圖3為實施例1所制備的碳納米管摻量為0.05%時的碳納米管/水泥基復合材料電阻率-溫度標準曲線；
圖4為實施例1所制備的碳納米管摻量為0.5%時的碳納米管/水泥基復合材料電阻率-溫度標準曲線；
圖5為實施例1所制備的碳納米管摻量為1%碳納米管/水泥基復合材料電阻率-溫度標準曲線。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖所示的實例對本發(fā)明做進一步描述:
實施例1
一種納米新型溫度傳感器的制備方法，包括如下步驟:
①將碳納米管(中國科學院成都有機化學有限公司，長度10-30微米，外徑10-20納米)、分散劑(0P-10，分散劑用量為碳納米管質量的100%)和水用超聲分散，得到均勻的碳納米管分散液；
分散過程具體如下:先將分散劑加入水中，超聲分散l_2min，超聲功率IOOw ;再加入碳納米管，超聲工作3s、停ls，超聲時間為60-90min，超聲功率IOOw ；
②將碳納米管分散液與水泥攪拌后裝入模具中，之后將四個不銹鋼網(wǎng)電極垂直插入模具中，I天后拆模，標準養(yǎng)護28天，得到碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器原件，在頂部將四個不銹鋼網(wǎng)電極沿80mm的邊,分別在10mm, 30mm, 50mm, 70mm處并排垂直插入模具中；埋設四個并排的不銹鋼網(wǎng)電極；
碳納米管質量為水泥質量的0.05%，水灰比為0.4 ；
③制備橫截面為兩個對接的“L”形的可開啟混凝土外殼1，其強度略高于周圍混凝土強度，尺寸略大于碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器，起到保護碳納米管/水泥基復合材料不受外界應力影響的作用； ④將制備的碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器原件2置入可開啟混凝土外殼I內(nèi)，四周及頂部的空隙處填充聚氨酯緩沖塊3，然后封閉可開啟混凝土外殼I。
[0010]通過分析碳納米管/水泥基復合材料的電阻值與溫度變化的關系，發(fā)現(xiàn)碳納米管/水泥基復合材料的電阻隨溫度單調變化，且呈現(xiàn)良好的可回復性，繪制電阻率-溫度的標準曲線如圖3，采用萬用表測量碳納米管/水泥基復合材料的電阻率之后，可經(jīng)標準曲線得出環(huán)溫度；
實施例2
與實施例1不同之處在于碳納米管質量為水泥質量的0.5%。
[0011]通過分析碳納米管/水泥基復合材料的電阻值與溫度變化的關系，發(fā)現(xiàn)碳納米管/水泥基復合材料的電阻隨溫度單調變化，且呈現(xiàn)良好的可回復性，繪制電阻率-溫度的標準曲線如圖4，采用萬用表測量碳納米管/水泥基復合材料的電阻率，可經(jīng)標準曲線得出環(huán)境溫度是；
實施例3
與實施例1不同之處在于碳納米管質量為水泥質量的1%。
[0012]通過分析碳納米管/水泥基復合材料的電阻值與溫度變化的關系，發(fā)現(xiàn)碳納米管/水泥基復合材料的電阻隨溫度單調變化，且呈現(xiàn)良好的可回復性，繪制電阻率-溫度的標準曲線如圖5，采用萬用表測量碳納米管/水泥基復合材料的電阻率，可經(jīng)標準曲線得出環(huán)境溫度是。
【權利要求】
1.一種溫度傳感器的制備方法，其特征在于包括如下步驟: ①將等質量的碳納米管、分散劑加入水中，超聲分散，得到均勻的碳納米管分散液； ②將碳納米管分散液與水泥攪拌后裝入模具中，之后將四個不銹鋼網(wǎng)電極沿模具長度方向，等間距垂直插入模具中，拆模后，標準養(yǎng)護28天，得到碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器原件； 碳納米管質量為水泥質量的0.05%-1% ； ③成型可開啟混凝土殼體，其強度高于周圍混凝土強度，尺寸大于碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器原件； ④將碳納米管/水泥基復合材料溫度傳感器原件置入，空隙處填充緩沖塊固定，制得溫度傳感器。
2.根據(jù)權利要求1所述的溫度傳感器的制備方法，其特征在于所述的分散劑是0P-10。
3.根據(jù)權利要求1所述的溫度傳感器的制備方法，其特征在于超聲分散過程具體如下:先將分散劑加入水中，超聲分散l_2min，超聲功率IOOw ;再加入碳納米管，超聲工作3s、停ls，超聲時間為60-90min，超聲功率100w。
4.根據(jù)權利要求1所述的溫度傳感器的制備方法，其特征在于所述可開啟混凝土殼體的橫截面為兩個對接的“L”形，閉合后呈中空的長方體形。
【文檔編號】G01K7/00GK103674300SQ201310607862
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權日:2013年11月26日
【發(fā)明者】劉小艷, 許悅, 王毅, 蔣亞清, 夏蘇魯 申請人:河海大學