自上世纪60年代起，碳纤维机敏混凝土、光纤智能混凝土等智能混凝土结构的相继出现不仅打破了混凝土作为结构材料的使用传统，还推动了混凝土结构的自诊断、自修复、自适应等智能特性的研究进展。与碳纤维相比，碳纳米管不但具有优秀的机械性能、电性能、热性能以及介电、磁等性能，而且还能进行无损改性，在分散过程中也不易被破坏，因此被广泛用于聚合物、陶瓷和金属中或生成新的功能材料。

碳纳米管(Carbon Nanotubes，简称CNTs)，是一种具有石墨结晶的管状纳米碳材料，相比传统的碳纤维拥有近乎完美的力学性能，是目前发现的综合性能最好的纤维材料。

多壁碳纳米管

根据碳纳米管中碳原子层数的不同可分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)。单壁碳纳米管价格昂贵，一般用于场发射平板显示器和传感器等领域，而多壁碳纳米管造价相对较低，目前规模化生产与应用程度较好，一般用于增强复合材料的研究，研究较多的基体材料有聚合物基、金属基及陶瓷基，有关水泥基复合材料的研究相对较少，尚处于起步和摸索阶段。

已有的研究表明，与现有的其它材料相比，多壁碳纳米管具有小尺度(直径纳米级，长度微米级，长径比达100-1000)、重量轻(密度约为1.339/cm3，仅为钢的1/6)、高硬度、高强度(拉伸强度50-200GPa，超过钢的100倍；弯曲强度可达14GPa)、高弹模(杨氏模量达1-8TPa，与金刚石相当)、优异的弹性(弯曲后能自动弹回，相应轴向延伸率可达20％；弹性应变可达6％，约为钢的60倍)、良好的韧性(在一定温度下，碳纳米管的断裂应变在30．55％左右)和卓越的电学性质(根据结构可具有金属特性或者半导体特性，电导率可达1000．2000S／cm，能通过的电流密度可达106A／cm2)。超高的长径比、超强的耐酸碱能力等使得MWCNTs在各基体中能更好地发挥桥联、增韧等作用，是一种极好的纤维，其性能优于当前任何纤维材料。其优异的性质引起了各个学科的广泛关注，特别是在材料科学、电子学和生物医学等重要领域有着良好的应用前景。

近些年来MWCNTs诸多低生产成本工艺的成功研发使得MWCNTs价格显著降低，尤其是多壁碳纳米管。因此，从技术和经济上分析MWCNTs可以用做水泥基体的增强功能组分，制备出新型的MWCNTs增强水泥基复合材料。而且已有研究亦表明，由于MWCNTs的优异特性，多壁碳纳米管水泥基复合材料(MWCNTs／CC)确实具有优异的力学性能和功能特性。将多壁碳纳米管作为水泥基材料增强体，在力学性能增强的同时，预期可赋予复合材料良好的耐久性、功能性等综合性能，这可能带来水泥基复合材料性能的一次飞跃。

进入21世纪，随着现代大型工程、航空航天、机械等高科技领域的飞速发展，人们对材料提出了更高的要求。迄今为止，在土木工程领域，以水泥混凝土为代表的水泥基材料仍是应用最为广泛、使用最成功的结构工程材料。然而，随着现代工程结构的高层化、大型化、多功能化，水泥混凝土作为最大宗的结构材料，也逐渐由传统的仅具有承载能力的结构材料向绿色与可持续、超复合化、超耐久性、高强高性能化、高功能、 智能化等方向发展。

碳纤维混凝土

一方面，普通水泥基材料由于抗拉强度低、韧性差，在工程中经常产生大量的裂缝，严重影响了结构的安全性和长期耐久性，高耐久问题、增韧问题已成为水泥基材料的研究重点；另一方面，在水泥基体中加入碳纤维、聚丙烯纤维等宏观纤维制备高韧性机敏水泥基复合材料对在役结构安全进行监测，己成为另一研究热点，但由于这些纤维本身就是脆性材料或者导电性能差等缺点，效果并不理想。

纳米技术的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，已渗入到材料学、药物学、机械学等诸多领域，在大型工程、国防、化工、航天航空等领域中开拓了广阔的应用前景，被认为是21世纪最有前途的材料。随着纳米材料和技术的飞速发展，纳米级纤维材料向水泥基材料领域渗透，打破了传统水泥基材料的局限，极大地扩展了水泥基材料的应用领域，给水泥基材料研究带来了崭新的生命力。

在水泥基复合材料中引入纳米级纤维，一方面能将水泥基复合材料基体内的裂纹控制在较低水平，大幅度提高复合材料的力学性能和耐久性；另一方面利用其优良的导电特性，赋予水泥基材料自诊断、自调节、自修复等特性，使水泥基复合材料向高性能、智能化方向发展。国外、国内已相继开展碳纳米管水泥基复合材料的基础研究，已成为国际上材料研究领域的新热点。

由于多壁碳纳米管在理论上非常适合应用于增强和改善复合材料的性能，而且已经实现规模化生产与应用，学术界目前对多壁碳纳米管水泥基复合材料的研究也刚处在起步阶段，并在力学性能、导电性能等方面取得了一些重要成果。

目前，我国正在进行着大规模的基础设施建设，大量高层和超高层建筑层出不穷；许多规模宏大的跨越江河、峡谷的大跨或超大跨度桥梁已经兴建；近海及大型深海工程正在拓展。由此，客观上需求强度更高、耐久性更优的建筑材料，使用超高强、高耐久的水泥基材料将是必然趋势。

高性能碳纳米管水泥基复合材料预期可用于高层建筑和大跨度桥梁(减小构件截面和自重)；用做有高耐久要求的各种侵蚀环境的化工厂、港口和海洋平台；用做高等级桥面、路面、停车场；作为电磁屏蔽材料用于有电磁防护要求的国家军事、军用工程和领域以及有电磁屏蔽要求的经济信息安全设备和设施；用做抗渗透性和抗腐蚀性要求极高的放射性废弃物储存容器；作为一种新型传感器应用到混凝土结构健康检测等领域。

因此，对于材料研究者来说，加快探索和研究碳纳米管在水泥基材料中的应用研究已经成为当务之急，一旦其生产制备和应用取得重要突破，必将带动整个纳米技术的发展，同时也将带动一系列相关高科技产业的兴起，引发一场新科技革命，给整个社会带来巨大的利益。

参考资料：

《碳纳米管混凝土的应用研究综述》

《碳纳米管水泥基复合材料温敏及湿敏性能研究》

《 碳纳米管水泥基复合材料的研究进展》

文章来源：公众号【Carbontech】

国际石墨烯产品认证中心IGCC

国际石墨烯产品认证中心IGCC(International Graphene Product Certificate Center)是全球化的独立第三方认证机构，IGCC于2018年1月18日正式成立，总部设在德国。IGCC的成立得到石墨烯产业技术创新战略联盟、欧洲著名石墨烯平台机构Phantoms Foundation等相关组织的支持。

IGCC的成立，不仅填补了石墨烯领域一直没有第三方认证机构的空白，同时也为市场提供了选择高品质石墨烯产品的可靠手段。IGCC依托于全球各石墨烯产业平台的资源优势，采用先进标准作为认证依据，整合顶尖检测资源，为全球客户提供专业、优质、一揽子的认证服务,为行业维护契约精神、为市场建立信任平台。

联系我们：

电话：400 110 3655

官网：http://www.i-gcc.org

CGIA企业需求服务中心

　"CGIA企业需求服务中心"是由石墨烯联盟（CGIA）成立的，以推动石墨烯下游应用为己任，致力于搭建供需对接平台的服务部门。中心着力于解决需求痛点，创新服务模式，为企业提供专业、高效、精准的需求对接服务，主张以解决需求痛点，提升企业价值，实现共同成长为目标；以支撑企业精准把握市场定位，推动产品技术转型升级，加快技术产品应用推广及商业化，助力区域新旧动能转换为价值体现。我们期待怀揣梦想，志同道合的朋友找到我们，一起去征服梦想和未来~

▶▶

▶▶

联系电话：400 110 3655

微信号：SMXLM2013（添加时请备注单位-姓名）

邮箱：meeting01@c-gia.cn

《全球石墨烯产业研究系列丛书》

　《2020全球石墨烯产业研究系列丛书》由一册变为多册，从政策、技术、市场、应用领域、重点企业等多角度出发，用1000+可视化数据图表深度解读全球石墨烯产业发展的真实现状和格局，剖析产业发展瓶颈问题，从战略发展眼光提出合理的发展建议和规划，为读者呈现系统全面、真实、简洁明了的全球石墨烯产业发展状况。

点击题目可查看全部报告详情：

▶▶

联系电话：400 110 3655

微信号：CGIA-2013（添加时请备注单位-姓名）

邮箱：meeting01@c-gia.cn

重点关注

▶▶

▶▶