压电复合水泥：自供能与自诊断材料的发展
摘要：水泥基智能复合材料中最常用的传感原理是压阻效应，用于应变监测。然而，由于需要外部电源进行电阻率测量，限制了这项技术的可扩展性，尤其是在远程结构中实施时更是如此。为了解决这个问题，本文彻底分析了掺杂还原石墨烯氧化物（rGO）的水泥复合材料的压电特性，并评估其作为自供电应变传感器的潜力。为了做到这一点，开发了一种全面的方法，包括伏安法测量、开路电位确定和单轴压缩测试，以确定电荷压电系数$d_{33}$和电压压电系数$g_{33}$。此外，还开发了一种用于电-机械响应信号处理的新型电路模型，并通过输出电压、电阻和产生的电功率的时间序列进行了实验验证。该方法应用于按照两种不同的填料分散方法制造的实验室样品。所呈现的结果表明，通过超声波清洗机分散制备的样品具有最佳性能，其压电电荷系数为1122.28 pm 246.67 pC/N，比以前报道的文献中的复合材料高约47倍。与压阻水泥基复合材料不同，观察到了材料的内在电阻的分数变化和施加的机械应变之间的显著非线性相关性。而是发现了外加机械应变与产生的（压电）电功率之间的显著线性关系（$R^2=0.96$），这表明了后者在进行离网应变监测应用方面的巨大潜力。
作者：Daniel A. Triana-Camacho, Jorge H. Quintero-Orozco, Enrique Mej''ia-Ospino, Germ''an Castillo-L''opez, Enrique Garc''ia-Mac''ias
论文ID：2303.00352
分类：Applied Physics
分类简称：physics.app-ph
提交时间：2023-03-02