0-3型水泥基压电复合材料不但具有与土木结构中混凝土母体的良好相容性,而且其与混凝土结构材料有优良的阻抗匹配关系,两者间界面粘结效果显著。0-3型水泥基压电复合材料具有易于制备、成本低、性能可靠的优点。其压电性能优越,可制造混凝土结构中的水泥基传感器。本文以PZT压电陶瓷与水泥复合制备得到压电性能较好的水泥基压电复合材料。以不同种类的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷为功能相,分别用普通硅酸盐水泥和白水泥为基体,并添加少量碳黑和碳纳米管,采用压制成型法制备了0-3型水泥基压电复合材料,具体研究内容及结果如下：研究了不同压电陶瓷相(P41,P43,P51和P52),以及不同水泥基体等对水泥基压电复合材料性能的影响因素,并分析了其微观结构。水泥基压电复合材料的压电与介电性能主要受压电陶瓷相的影响,故由P52与P51制成的复合材料的压电应变常数及介电常数高于由P41与P43制成的复合材料。而由P52与P51制成的复合材料的介电损耗与阻抗高于由P41与P43制成的复合材料。复合材料的压电常数均随着压电陶瓷相的增多而增大。三种不同水泥基体制备的水泥基压电复合材料中,压电常数均随着PZT压电陶瓷含量的提高而增大。其中波特兰水泥对压电性能的贡献稍微较大,介电性能三者相差不大。探讨了压电陶瓷粒度对0-3型水泥基压电复合材料压电及介电性能的影响。PZT粉体平均粒度为3μm到482μm。结果表明d33,εr和Kt值均随着PZT粒度的增大而增加。但是含有较大PZT颗粒的复合材料的介电损耗tanδ同样较大。根据XRD等测试结果,较小PZT粒度伴随而来的d33,εr和Kt值的减小可能是PZT颗粒和水泥基体之间的表面多孔造成的。而PZT粒度较小时复合材料的结构较为紧实和致密。用金属醇盐通过溶胶-凝胶法制备出纳米PZT粉体。XRD等分析结果证实了700℃烧结的PZT粉体中仅有烧绿石相存在。700℃烧结的PZT粉体的平均粒度大约为200nm,而计算出晶粒尺寸为26.4nm。纳米PZT粉体和水泥采用压制成型法制得。测试了水泥／纳米PZT压电复合材料的压电性能。和掺加较大粒度的PZT颗粒相比,水泥／纳米PZT压电复合材料呈现出比较优越的压电性能。用白水泥为基体,PZT粉体为功能相,并添加少量的碳黑,来制备0-3型水泥基压电复合材料。研究了碳黑／PZT／水泥复合材料中老化的实质以及其极化行为。结果表明加入碳黑相之后极化过程得以在常温下进行。也研究了碳黑对复合材料压电性能及介电性能的影响。结果表明复合材料的压电性能因为碳黑加入而呈现较大提高,主要原因是碳黑的导电性比较好。在极化电压4kV／mm和极化时间20min的条件下,含70vol.％PZT的压电复合材料d33,εr,tanδ和Kt值分别为：28.5 pC／N,202.6,0.19和12.2％。研究了纳米碳管的分散对PZT／cement压电复合材料的压电性能的影响的研究。0-3型碳管／PZT／cement压电复合材料是由硅酸盐水泥和一定粒度比例的PZT粉末和纳米碳管通过混合制备而成的。本文对含有不同处理方法的碳管、不同分散方法和不同含量碳管的压电复合材料的压电以及介电性能进行了研究。实验结果表明：用Fenton／UV方法处理的纳米碳管的分散性最好,碳纳米管对水泥基压电复合材料的压电性能和介电性能都有显著的改善作用。Fenton/UV法处理CNTs,去除其中的非晶杂质比较彻底。HNO3氧化法和Fenton/UV处理后的CNTs表面存在-C=O、-COOH、-OH等官能团。复合材料的压电应变常数随着CNTs含量的增加而增加,当CNTs的加入量为0.10wt％时,其d33值最大,为54 pC／N。但过量的CNTs会使复合材料的压电性能降低,这是由于过量的CNTs可破坏水泥基体的绝缘性,使复合材料无法极化。