2024年10月10日,智能材料与结构实验室在功能梯度石墨烯纳米片增强水泥复合材料(FG-GNPRCC)研究领域取得重要进展。该项目由冯闯教授团队主导,杭子彦博士具体实施。
试验项目来源于冯闯教授主持的江苏省双创计划,旨在通过功能梯度设计实现材料性能提升与用量优化的双重目标,为现代建筑材料的发展开辟了新的途径。
1、试验工作简介
研究团队创新性地制备了具有均匀(H型)和功能梯度(X型、O型和A型)分布的GNP增强水泥基复合材料样品。整个试验过程严格,从材料选择、样品制备到性能测试,每一步都在智能材料实验室的先进设备和严格控制下进行,确保了样品的高质量和试验数据的可靠性。
实验室新引进的HS-DR-5导热系数测定仪在本次研究中发挥了关键作用。该仪器采用瞬态平面热源技术(TPS),能够快速准确地测定各种材料的导热性能。其主要特点包括:
(1)测试时间可设置为5-160s,能快速准确地测出导热系数;
(2)可以减少接触热阻的影响;
(3)对样品尺寸要求较为灵活;
(4)实行无损检测,样品可以重复使用;
(5)探头采用双螺旋线结构设计,使测试结果更加准确可靠。
试验结果显示,在所有功能梯度分布模式中,X型表现出最显著的增强效果。随着GNP浓度的增加,材料的热导率显著提升。例如,在均匀分布情况下,当GNP浓度从1.5 wt%增加到4.5 wt%时,热导率从0.91±0.05 W/(m∙K)提高到1.09±0.96 W/(m∙K)。
2、研究意义
冯闯教授表示:"本实验室的这项研究为开发新一代高性能、多功能建筑材料提供了创新思路。我们的实验结果证明,通过功能梯度设计,可以充分发挥石墨烯纳米片的增强效果,同时实现材料用量的优化。这一成果有望在建筑、基础设施等领域找到广泛应用。"
功能梯度设计不仅提升了材料性能,还显著改善了其在热环境下的稳定性,表现出更低的层间热应力。通过优化石墨烯分布,可以有效提升材料的传热性能。这项研究为现代建筑材料的发展提供了新的方向,有望推动更多高性能、环保型建筑材料的研发和应用。
3、研究团队简介
南京工业大学土木工程学院智能土木工程材料与结构实验室是一个专注于先进建筑材料研究的重要科研基地。实验室配备了多种先进设备,包括新引进的HS-DR-5导热系数测定仪,新一代薄膜制备仪,热重分析仪,电导率测试仪,傅里叶红外光谱仪和电化学工作站等一系列高端材料性能测试仪器,为研究团队提供了强大的技术支持。
未来,实验室将继续致力于智能材料和先进结构的研究,为建筑工程领域的可持续发展贡献力量。
作者:杭子彦、冯闯 审核: 张涛、方海、杨会峰