面向海工结构阴极防护用纳米水泥基热电复合材料制备及其温差自供能性

作     者：袁士柯 罗健林 高乙博 滕飞 张纪刚 刘昂 张立卿 YUAN Shike;LUO Jianlin;GAO Yibo;TENG Fei;ZHANG Jigang;LIU Ang;ZHANG Liqin

作者机构：青岛理工大学土木工程学院青岛266520 海洋混凝土教育部工程研究中心青岛266520 华东交通大学土木工程学院南昌330013 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2024年第41卷第5期

页      面：2662-2673页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(51878364) 山东省自然科学基金(ZR2023ME011) 中建八局横向合作项目(JM20191030 B2-2022-0253 B2-2022-0048 B2-2023-0014) 国家111计划、省高峰学科资助 

主　　题：海工结构 阴极防护自供能 纳米水泥基热电复合材料 温差发电性能 电化学性能 

摘      要：经略海洋及双碳背景下,用阴极防护(CP)技术提升海工结构服役寿命具有重要意义,然而需外加电源额外驱动。为此本文先用水热法合成纳米二氧化锰(nMnO_(2)),然后与碳纳米管(CNTs)复掺水泥砂浆体系中,制备纳米水泥基热电复合材料(NTEC);最后将20个NTEC串联成1套热电发电模块,并结合电化学方法综合评价基于温差发电的NTEC热电模块直接用作海工结构钢筋CP系统电流供给源的可行性。结果表明:复掺有0.2wt%CNTs与5.0wt%nMnO_(2)的NTEC试件的热电系数、热电功率因数可分别达3612μV/℃和301.4μW·m^(-1)·℃^(-2),本征力学强度与耐久抗渗性得到保障;施加基于NTEC温差发电的CP,钢筋的腐蚀电位正移,腐蚀概率显著降低;施加基于NTEC热电模块的CP后能使钢筋腐蚀电流密度降低3个数量级,腐蚀电荷转移得到了抑制,腐蚀速率大为降低,实现海工结构钢筋CP的自供能,同时保障了其用作保护层的强度与耐久性。