一種濕度傳感器的制備及檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種濕度傳感器的制備及檢測(cè)方法，其特征在于步驟如下：將分散劑加入水中，超聲分散均勻后，加入碳納米管，繼續(xù)超聲獲得碳納米管水溶液；分散劑與碳納米管的摻量相同；將水泥加入碳納米管水溶液中，攪拌均勻后裝入模具中，將四個(gè)不銹鋼網(wǎng)電極等間距的垂直插入模具中，拆模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，得到濕度傳感器原件；將濕度傳感器原件置入混凝土外殼中，并用防水層隔離。使用時(shí)，首先根據(jù)濕度傳感器的電阻率隨不同濕度的變化關(guān)系，繪制電阻率-濕度標(biāo)準(zhǔn)曲線；檢測(cè)濕度傳感器電阻，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得出所處環(huán)境的濕度，該濕度傳感器與混凝土相容性好，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部的濕度，靈敏度高。
【專利說明】一種濕度傳感器的制備及檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種濕度傳感器及其制備方法，以摻雜碳納米管的水泥復(fù)合材料作為 原料。

【背景技術(shù)】
[0002] 大體積混凝土工程中，由于水泥水化或其他因素導(dǎo)致混凝土內(nèi)外出現(xiàn)濕度差異， 會(huì)引起混凝土變形、開裂，嚴(yán)重影響大體積混凝土的耐久性。因此，對(duì)大體積混凝土內(nèi)部濕 度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于提高耐久性有著很重要的作用。
[0003] 目前比較常用的大體積混凝土內(nèi)部濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)有：壓電應(yīng)變傳感技術(shù)、光 纖傳感技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)等。其中，壓電應(yīng)變傳感技術(shù)和光纖傳感技術(shù)一般將傳感元件埋置 于材料內(nèi)部，容易引起傳感元件與材料的不兼容，不僅增加了材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的難度， 還提高了制造和維護(hù)的成本，而且具有只能局部監(jiān)測(cè)的局限性；聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)雖然對(duì)材 料結(jié)構(gòu)沒有損傷，但價(jià)格昂貴，容易受外界影響，對(duì)測(cè)試環(huán)境要求較高。
[0004] 因此混凝土結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)問題，必須從混凝土本身出發(fā)，采用材料復(fù)合技術(shù) 研制混凝土本征監(jiān)測(cè)傳感器或者開發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)自身的智能特性，來(lái)解決混凝土材料與傳 感元件的兼容問題，或者使混凝土結(jié)構(gòu)在不需要借助外在傳感器的情況下即可實(shí)現(xiàn)某些傳 感器的特性，從而為混凝土工程結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)技術(shù)提供新的理論和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明涉及一種濕度傳感器，該傳感器強(qiáng)度高、韌性好且可以連續(xù)敷設(shè)，可埋設(shè)于 如水利大壩、公路或建筑物等的大體積混凝土內(nèi)部，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土內(nèi)部濕度長(zhǎng)期、實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種碳納米管水泥基復(fù)合材料濕度傳感器的制備方法，步驟如下：
[0008] (1)將分散劑加入水中，超聲分散l-2min，超聲功率100W，加入含有多壁碳納米管 (羧基碳納米管），超聲60-90min，頻率是超聲3s、停ls，獲得碳納米管水溶液；
[0009] 所述的分散劑為陰離子型表面活性劑；分散劑與碳納米管的摻量相同；
[0010] (2)將水泥加入步驟（1)獲得的碳納米管水溶液中，攪拌均勻后裝入模具中，再將 四個(gè)不銹鋼網(wǎng)電極等間距的垂直插入20mmX20mmX80mm的模具中，1天后拆模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28天，得到濕度傳感器原件；
[0011] 碳納米管質(zhì)量為水泥質(zhì)量的0. 05% -0. 5%，水灰比為0. 4 ;
[0012] (3)將濕度傳感器原件置入混凝土外殼中，并用防水層將濕度傳感器原件與混凝 土外殼的側(cè)壁隔離，可監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部濕度。
[0013] 碳納米管水泥基復(fù)合材料強(qiáng)度高、韌性好、對(duì)濕度敏感性好，且呈現(xiàn)良好的可回復(fù) 性，通過對(duì)混凝土內(nèi)部碳納米管水泥基復(fù)合材料濕敏的解耦，實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積混凝土內(nèi)部濕 度的監(jiān)測(cè)。通過分析碳納米管/水泥基復(fù)合材料的電阻率與濕度的變化關(guān)系，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲 線，再直接采用萬(wàn)用表測(cè)量碳納米管/水泥基復(fù)合材料的電阻，可得出環(huán)境濕度，具有試驗(yàn) 裝置簡(jiǎn)單，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，可連續(xù)敷設(shè)以及與混凝土相容性好的優(yōu)點(diǎn)，適用于大體積混凝土 內(nèi)部長(zhǎng)期濕度監(jiān)測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為碳納米管水泥基復(fù)合材料濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2為碳納米管水泥基復(fù)合材料傳感器原件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 以上附圖中：1、混凝土外殼；2、濕度傳感器原件；3、防水層；4、不銹鋼網(wǎng)電極。 [0017] 圖3是多壁碳納米管（MWNT，含羧基碳納米管）不同添加量的碳納米管/水泥基復(fù) 合材料（MWNT/CC)的電阻率隨不同含水率的變化曲線圖。整體而言，MWNT/CC試件的電阻率 隨著含水率的增大而不斷降低。而且，當(dāng)試件內(nèi)部含水率低于〇. 6%時(shí)，MWNT/CC試件電阻 率隨著含水率的增大僅出現(xiàn)略微的下降，表明此時(shí)試件對(duì)含水率變化的敏感度并不高；當(dāng) 試件內(nèi)部含水率約在〇. 6%?5. 0%時(shí)，所有MWNT/CC試件電阻率均隨著含水率的增大發(fā)生 劇烈的下降，下降率均達(dá)到80%以上，顯示出良好的敏感性；當(dāng)試件內(nèi)部含水率超過6. 0% 時(shí)，試件電阻率基本沒有變化，所有MWNT摻量的試件電阻率在此區(qū)間時(shí)大小比較接近沒有 明顯區(qū)別。這主要是由于此時(shí)試件內(nèi)部液相的大量增加弱化MWNT導(dǎo)電作用，液相中自由導(dǎo) 電離子擴(kuò)散遷移導(dǎo)電發(fā)揮主要作用。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下實(shí)施例所采用的陰離子型表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉（SDBS);碳納米 管是經(jīng)過表面處理后帶有羧基基團(tuán)（-C00H)的碳納米管，購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有 限公司，型號(hào)TNMC3,其基本物理性能見下表：
[0019] MWNT的基本物理性能
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種濕度傳感器的制備方法，其特征在于步驟如下： (1) 將分散劑加入水中，超聲分散均勻后，加入多壁碳納米管，繼續(xù)超聲獲得碳納米管 水溶液；分散劑與碳納米管的摻量相同； (2) 將水泥加入步驟（1)獲得的碳納米管水溶液中，攪拌均勻后裝入模具中，將四個(gè)電 極等間距地垂直插入模具中，拆模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，得到濕度傳感器原件；碳納米管質(zhì)量為水泥 質(zhì)量的0. 05%-0. 5%，水灰比為0. 4 ; (3) 將濕度傳感器原件置入混凝土外殼中，并用防水層將濕度傳感器原件與混凝土外 殼的側(cè)壁隔尚。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于所述的分散劑為陰離子 型表面活性劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于步驟（1)中的超聲功率 為l〇〇w，分散劑加入水中后超聲分散l-2min，加入碳納米管后，超聲60-90min，超聲期間采 用工作3s、停Is的頻率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于步驟（1)中的多壁碳納 米管是帶有羧基基團(tuán)的碳納米管。
5. 權(quán)利要求1所得濕度傳感器的檢測(cè)方法，其特征在于： (1) 根據(jù)濕度傳感器的電阻率隨不同濕度的變化關(guān)系，繪制電阻率-濕度標(biāo)準(zhǔn)曲線； (2) 檢測(cè)濕度傳感器電阻，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得出所處環(huán)境的濕度。
【文檔編號(hào)】G01N27/12GK104089986SQ201410319002
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】劉小艷, 劉巖, 傅峰, 蔣亞清, 夏蘇魯 申請(qǐng)人:河海大學(xué)