成果简介
在智能水泥基设施的开发中，长期以来一直追求高导电混凝土/砂浆以实现结构健康监测。然而，在不降低抗压强度和流动性的情况下显著提高混凝土/砂浆的导电性仍然具有挑战性。本文，哈工大Jing Zhong，中科院金属所Wencai Ren等研究人员在《ACS Nano》期刊发表名为“Growing Nanocrystalline Graphene on Aggregates for Conductive and Strong Smart Cement Composites”的论文，研究合成了纳米晶石墨烯涂层的聚集体（称为 Gr@AGs）以打破这种电导率-强度折衷。将 Gr@AGs 与水泥混合可以构建石墨烯导电网络，同时加强骨料和糊状物之间的界面过渡区。
基于 Gr@AGs 的智能砂浆同时实现了高导电性和改进的机械性能。通过将 Gr@AGs 与低百分比的碳纤维结合，进一步增强了它们的显著积极作用。通常情况下，优化砂浆的 28 天抗压/抗弯强度提高了 12.2%/19.4%，电阻率从 ∼4.6 × 105 降低到 182 Ω cm，降低了 3 个数量级以上。在此基础上，展示了高灵敏度的水泥基压阻式传感器，其电阻率的小数变化高达 ~25%，比同类系统中报道的高出 1 个数量级以上。因此，本研究通过充分利用石墨烯的特性，为开发智能水泥基复合材料的关键问题提供了解决方案。
图文导读
图1.（a）用于开发智能水泥复合材料的两种典型策略的示意图比较。（b） 电导率与智能砂浆抗压强度变化之间的反比关系。
图2.Gr@AGs的制备和表征
图3、砂浆的电阻率和机械性能
图5.智能砂浆在循环压应力下的压阻率
图6.光学和SEM图像分析
小结
开发智能水泥复合材料的导电性-强度权衡已经通过制备Gr@AGs来形成均匀分散的石墨烯的高导电网络，同时增强骨料和糊状物之间的ITZ。
值得注意的是，石墨烯的所谓“杀手级应用”在过去十年中早已被探索。从某种意义上说，石墨烯的优势可能是其具有高稳定性的2D特性。因此，石墨烯可以被认为是表面/界面改性的完美材料，事实上石墨烯涂层的润湿性透明现象已经很好地证明了这一点。到目前为止，CVD石墨烯的主要应用通常仅限于电子产品。然而，正如我们的研究所显示的那样，CVD工艺还允许我们通过在成分表面涂覆石墨烯层来功能化复合材料。考虑到混凝土行业骨料的广泛消费，全球每年约100 G吨的水平，CVD石墨烯将有一个潜在的令人兴奋的市场。由于这是利用CVD石墨烯解决智能水泥复合材料关键问题的初步论证，因此在综合性能和生产成本方面还有很大的提升空间。
文献：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10141
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