本研究探討了添加二氧化矽氣凝膠對暴露於(yu) 不同環境的水泥基傳(chuan) 感器的電學和壓阻式傳(chuan) 感穩定性的影響。使用50%的水泥和50%粉煤灰作為(wei) 粘結劑材料，以及0.5%碳納米管（CNT）作為(wei) 導電填料製造的水泥基傳(chuan) 感器。加入3種不同含量的二氧化矽氣凝膠（0、0.25和0.5%（按粘結劑質量計），將樣品暴露於(yu) 不同的水分狀態和環境下，包括進水和循環加熱條件，來觀察其電穩定性。結果表明，添加具有超疏水性和低導熱性能的二氧化矽氣凝膠減輕了CNT顆粒在進水和循環加熱條件下的幹擾，提高了電穩定性。基於(yu) 長期傳(chuan) 感結果，可以觀察到施加Max壓縮載荷時的電穩定性。結果表明，適當添加二氧化矽氣凝膠提高了長期傳(chuan) 感穩定性，而過量添加二氧化矽氣凝膠會(hui) 誘發團聚，影響長期傳(chuan) 感穩定性。從(cong) 實驗結果可以看出，具有超疏水性和低導熱性能的二氧化矽氣凝膠可以成為(wei) 提高水泥基傳(chuan) 感器在各種環境條件下的電學和壓阻傳(chuan) 感穩定性的解決(jue) 方案。
拉曼在添加二氧化矽氣凝膠對暴露於(yu) 不同環境的CNT嵌入式水泥基傳(chuan) 感器的電學和壓阻式傳(chuan) 感穩定性的影響中的国产成人在线观看免费网站
引言：水泥基材料通常用於(yu) 建築，但當暴露於(yu) 不同的環境因素時，它們(men) 會(hui) 產(chan) 生裂縫。因此，人們(men) 采用了各種監測這些材料結構健康狀況的方法，並統稱為(wei) SHM 。近年來，研究人員通過在水泥基材料中添加導電材料，利用導電水泥複合材料的開發了水泥基傳(chuan) 感器。這些傳(chuan) 感器已被建議用於(yu) SHM。這些水泥基傳(chuan) 感器與(yu) 土木結構的兼容性及其經濟性使其在建築領域具有廣闊的国产成人在线观看免费网站前景。有人通過添加1.0 wt%的石墨烯來製造石墨烯/水泥基傳(chuan) 感器，當給其施加5 MPa的壓縮應力時，電阻（FCR）的分數變化約為(wei) 8%。有人通過加入0.5%的碳納米管（CNT）製造了水泥基傳(chuan) 感器，當施加11.5 MPa的壓應力時，傳(chuan) 感器顯示出約10%的FCR。此外，還有人開發了基於(yu) 薄壁碳納米管（TWCNT）嵌入的超高性能混凝土基（UPPC）傳(chuan) 感器，無論加載水平、頻率和周期如何，都表現出穩定的傳(chuan) 感性能。
與(yu) 此同時，zui近有報道稱，水泥基傳(chuan) 感器的電導率和壓阻傳(chuan) 感能力受到各種環境條件的影響，例如傳(chuan) 感器內(nei) 部的水分含量、暴露溫度升高、凍融循環和進水等。有研究報道，進水會(hui) 降低CNT/水泥複合材料的壓阻傳(chuan) 感能力。有報告稱水泥基傳(chuan) 感器在富氯和潮濕環境下的壓阻能力，發現氯離子溶液和濕度會(hui) 顯著影響壓阻能力。有報告係統地研究了采用CNT的水泥基傳(chuan) 感器在高溫下的壓阻傳(chuan) 感能力。此外，還有人研究發現碳化、氯滲透、硫酸鹽侵蝕和凍融等各種劣化條件也會(hui) 對導電水泥複合材料的電學特性產(chan) 生顯著影響，這可能導致壓阻傳(chuan) 感能力的變化。
雖然許多研究探討了環境條件對導電水泥複合材料的導電性和壓阻傳(chuan) 感能力的影響，但對提高其電阻和壓阻傳(chuan) 感穩定性的關(guan) 注有限。因此，本研究旨在確定在一種不同的環境條件下提高這些複合材料的穩定性的潛在解決(jue) 方案。采用碳納米管被用作導電填料來製備導電水泥複合材料，並引入二氧化矽氣凝膠作為(wei) 提高其電穩定性和傳(chuan) 感穩定性的新方法。該研究係統地研究了不同量的二氧化矽氣凝膠對複合材料電學特性的影響，以及在不同條件下對提高其電穩定性和傳(chuan) 感穩定性的影響。
本文使用FT-IR和拉曼光譜分析研究了CNT和二氧化矽氣凝膠（CNT@Aerogel）團簇的形成，這些團簇已被證明可以提高樣品在各種環境條件下的電穩定性，如圖1。在圖1a中，觀察到CNT、氣凝膠和CNT@Aerogel團簇的FT-IR光譜。碳納米管光譜在1089 cm-1、1382 cm-1、1635 cm-1和3432 cm-1處均有顯著的峰值，可分別對應於(yu) C-O鍵拉伸振動、C-N鍵拉伸振動、O-H鍵變形振動、芳香族C=C拉伸振動和O-H拉伸振動。氣凝膠光譜在1089 cm-1、1255 cm-1、1382 cm-1、1635 cm-1、1706 cm-1和3438 cm-1處均表現出主峰，分別對應C-O鍵拉伸振動、C-N鍵拉伸振動、O-H鍵變形振動、芳香族C=C拉伸振動、C=O拉伸振動和O-H拉伸振動。在圖1a中，分別在CNT和氣凝膠的FT-IR光譜中發現了一些含氧官能團，表明它們(men) 可以很容易形成氫鍵。CNT@Aerogel的FT-IR光譜驗證了這一點，該光譜顯示了它們(men) 各自特征的疊加。
圖 1. 碳納米管、氣凝膠和CNT@氣凝膠顆粒的（a）傅裏葉變換紅外光譜和 （b） 拉曼光譜。
圖1b分別顯示了CNT和CNT@Aerogel的拉曼光譜。光譜結果表明，CNT和CNT@Aerogel的D峰分別在1348和1350 cm-1處，G峰在1583和1593 cm-1處。D峰與(yu) G峰的比值（ID/IG）從(cong) 1.12變為(wei) 1.21（圖1b），表示CNT和二氧化矽氣凝膠的結晶度。基於(yu) 這些分析可以得出，CNT顆粒與(yu) 二氧化矽氣凝膠有效雜化，形成了CNT@Aerogel團簇。而在進水和循環加熱條件下，形成的CNT@Aerogel團簇可以有效地阻止水分子的滲透和CNT顆粒的膨脹，從(cong) 而提高樣品的電穩定性。
通過對CNT和CNT@Aerogel嵌入式水泥基傳(chuan) 感器的交流電阻抗、進水條件、循環加熱等條件下數據的分析，可以得出添加二氧化矽氣凝膠對暴露於(yu) 不同環境的CNT嵌入式水泥基傳(chuan) 感器的電學和壓阻傳(chuan) 感穩定性具有顯著影響。本研究的主要發現可歸納如下：
(1)傅裏葉變換紅外和拉曼光譜測試結果表明，二氧化矽氣凝膠的加入導致了CNT@Aerogel團簇的形成。
(2)二氧化矽氣凝膠具有超疏水性和低導熱性，有助於(yu) Max限度地減少碳納米管顆粒的幹擾，從(cong) 而增強電穩定性。
(3)適當添加二氧化矽氣凝膠可提高長期傳(chuan) 感穩定性。然而，過量的二氧化矽氣凝膠會(hui) 誘發團聚物，這可能會(hui) 降低長期傳(chuan) 感穩定性。
(4)總體(ti) 而言，二氧化矽氣凝膠的添加顯示出提高水泥基傳(chuan) 感器在不同環境條件下的傳(chuan) 感穩定性的潛力，這是通過開發CNT@Aerogel簇和利用二氧化矽氣凝膠的特性來維持基於(yu) CNT的導電網絡來實現的。
文章信息：該成果以“Impact of silica aerogel addition on the electrical and piezo-resistive sensing stability of CNT-embedded cement-based sensors exposed to varied environments”為(wei) 題發表在知名期刊Journal of Building Engineering 上，韓國科學技術院Daeik Jang等所作。
本研究采用的是Nanobase的XperRam s共聚焦顯微拉曼光譜儀(yi) 係統。
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