本书围绕水泥基热电复合材料性能提升关键工艺及其能量收集结构问题展开，分别介绍了水泥基热电复合材料性能强化技术的研究进展及其存在的问题；碳材料、金属氧化物等对于水泥基复合材料的热电性能和力学性能的影响；碳材料结构与界面；金属氧化物缺陷控制对水泥基复合材料热电性能的影响；环境载荷对水泥基复合材料热电性能的影响；基于水泥基热电复合材料的能量收集模块设计、制备及性能等。

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2004.09-2008.07 西北工业大学材料学院 博士研究生 2002.09-2004.08 西北工业大学材料学院 硕士研究生 1998.09-2002.07 西安建筑科技大学冶金工程学院 本科生2019/01-至今， 西安建筑科技大学，材料科学与工程学院，副院长、所长 2016/01-2019/01，西安建筑科技大学，功能材料研究所，副所长 2015/11-至今， 西安建筑科技大学，材料科学与工程学院，教授、博导 2014/12-2015/12，美国麻省理工学院，访问学者 2008/07-2015/11，西安建筑科技大学，材料科学与工程学院，讲师、副教授水泥基复合材料陕西省纳米材料与技术重点实验室 副主任 陕西省功能材料实验教学中心 副主任 陕西省青年科技工作者协会 理事 中国材料研究学会青年委员会 理事 陕西省硅酸盐学会 理事 陕西省纳米科技学会 理事 陕西省无机非金属材料标准 化委员会委员 SCI 期刊 J. Nanomater.客座主编和 Curr. Nanomater.期刊编委

目录
前言
第1章 水泥基热电复合材料概述 1
1.1 引言 1
1.2 材料的热电效应 3
1.2.1 泽贝克效应 3
1.2.2 佩尔捷效应 4
1.2.3 汤姆孙效应 4
1.3 热电性能参数 5
1.3.1 电导率 5
1.3.2 泽贝克系数 6
1.3.3 热导率 6
1.3.4 热电优值 8
1.3.5 热电转换效率 8
1.4 水泥基复合材料热电性能的提高途径 8
1.4.1 碳材料增强水泥基复合材料 8
1.4.2 金属氧化物增强水泥基复合材料 10
1.4.3 碳材料-金属氧化物协同增强水泥基复合材料 10
1.5 水泥基复合材料热电性能参数的测量 11
1.5.1 功能性填料电导率测试 11
1.5.2 水泥基复合材料测试 12
参考文献 21
第2章 碳材料增强水泥基复合材料 27
2.1 引言 27
2.2 碳纤维增强水泥基复合材料 28
2.2.1 碳纤维增强水泥基复合材料的制备工艺 28
2.2.2 酸处理时间对碳纤维微观结构的影响 28
2.2.3 酸处理时间对水泥基复合材料热电性能的影响 33
2.3 膨胀石墨增强水泥基复合材料 37
2.3.1 膨胀石墨增强水泥基复合材料的制备工艺 37
2.3.2 膨胀石墨增强水泥基复合材料的微观表征 38
2.3.3 膨胀石墨的含量对水泥基复合材料热电性能影响 39
2.3.4 成型压力对水泥基复合材料热电性能和力学性能的影响 41
2.4 碳纳米管增强水泥基复合材料 44
2.4.1 碳纳米管增强水泥基复合材料的制备工艺 45
2.4.2 硼掺杂碳纳米管的微观表征 46
2.4.3 硼掺杂碳纳米管水泥基复合材料显微结构 50
2.4.4 硼掺杂碳纳米管水泥基复合材料热电性能 52
2.4.5 膨胀石墨-硼掺杂碳纳米管/水泥复合材料显微结构 59
2.4.6 膨胀石墨-硼掺杂碳纳米管/水泥复合材料力学性能 61
2.4.7 膨胀石墨-硼掺杂碳纳米管/水泥复合材料热电性能 62
2.5 石墨烯增强水泥基复合材料 68
2.5.1 还原氧化石墨烯预处理与水泥基复合材料制备工艺 69
2.5.2 分散方式对水泥基复合材料电导率的影响 70
2.5.3 还原氧化石墨烯含量对水泥基复合材料显微结构的影响 71
2.5.4 还原氧化石墨烯含量对水泥基复合材料力学性能的影响 72
2.5.5 还原氧化石墨烯含量对水泥基复合材料伏安性能的影响 73
2.5.6 还原氧化石墨烯含量对水泥基复合材料热电性能的影响 74
2.5.7 还原氧化石墨烯水泥基复合材料热电性能强化机理 78
参考文献 80
第3章 碳材料/金属氧化物混合增强水泥基复合材料 88
3.1 引言 88
3.2 碳材料-金属氧化物/水泥基复合材料的制备方法 88
3.2.1 碳纤维（CF）-金属氧化物增强水泥基复合材料的制备方法 88
3.2.2 碳纳米管（CNTs）-金属氧化物增强水泥基复合材料的制备方法 89
3.2.3 膨胀石墨（EG）-金属氧化物增强水泥基复合材料的制备方法 90
3.2.4 低含量还原氧化石墨烯（RGO）-金属氧化物增强水泥基复合材料的制备方法 91
3.3 碳纤维-金属氧化物增强水泥基复合材料 92
3.3.1 金属氧化物的热电性能 92
3.3.2 碳纤维-高含量金属氧化物水泥基复合材料的热电性能 98
3.4 碳纳米管-金属氧化物增强水泥基复合材料 105
3.4.1 微/纳米金属氧化物显微结构 105
3.4.2 碳纳米管-微/纳米金属氧化物增强水泥基复合材料微观结构及物相组成 105
3.4.3 微/纳米金属氧化物含量对碳纳米管水泥基复合材料热电性能影响 107
3.4.4 碳纳米管-微/纳米金属氧化物协同增强水泥基复合材料热电性能的强化机理 113
3.5 膨胀石墨-金属氧化物增强水泥基复合材料 114
3.5.1 金属氧化物对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 114
3.5.2 金属氧化物对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响机理 116
3.6 还原氧化石墨烯-金属氧化物增强水泥基复合材料 117
3.6.1 CuO 强化还原氧化石墨烯水泥基复合材料热电性能 117
3.6.2 Ni2O3 强化还原氧化石墨烯水泥基复合材料热电性能 120
3.6.3 TiO2 强化还原氧化石墨烯水泥基复合材料热电性能 124
3.6.4 还原氧化石墨烯-金属氧化物强化水泥基复合材料热电性能的强化机理 127
参考文献 128
第4章 碳材料结构调控对水泥基复合材料热电性能影响 131
4.1 引言 131
4.2 碳材料增强水泥基复合材料的制备 132
4.3 酚醛树脂预处理碳纤维增强水泥基复合材料的热电性能 132
4.3.1 酚醛树脂浸渍碳化对碳纤维表面粗糙度的影响 132
4.3.2 碳纤维表面粗糙度对碳纤维水泥基复合材料热电性能的影响 133
4.4 HNO3∶H2SO4预处理对膨胀石墨增强水泥基复合材料热电性能的影响 136
4.4.1 HNO3∶H2SO4预处理对膨胀石墨性能的影响 136
4.4.2 HNO3∶H2SO4预处理对膨胀石墨增强水泥基复合材料性能的影响 142
4.5 HCl气体预处理碳纳米管增强水泥基复合材料的热电性能 145
4.5.1 HCl气体预处理对碳纳米管性能的影响 145
4.5.2 碳纳米管含量对碳纳米管水泥基复合材料显微结构的影响 150
4.5.3 HCl气体预处理碳纳米管对碳纳米管水泥基复合材料热电性能的影响 151
4.5.4 HCl气体预处理碳纳米管增强水泥基复合材料热电性能的强化机理 157
4.6 Cl2/HNO3预处理还原氧化石墨烯增强水泥基复合材料的热电性能 158
4.6.1 Cl2/HNO3预处理对还原氧化石墨烯性能的影响 158
4.6.2 Cl2/HNO3预处理还原氧化石墨烯水泥基复合材料伏安特性的影响 161
4.6.3 Cl2/HNO3预处理还原氧化石墨烯水泥基复合材料热电性能的影响 162
4.6.4 Cl2/HNO3预处理还原氧化石墨烯增强水泥基复合材料热电性能强化机理 165
参考文献 166
第5章 界面结构对水泥基复合材料热电性能的影响 169
5.1 引言 169
5.2 多类型界面水泥基复合材料的制备方法 169
5.2.1 膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的制备方法 169
5.2.2 ZnMgO/ZnO膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的制备方法 170
5.2.3 n/p 型水泥基复合材料的制备方法 171
5.3 膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料界面定量化表征及其界面对热电性能的影响 173
5.3.1 膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料界面的定量化表征 173
5.3.2 膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料不同类型界面参数与热电性能间的数学关系 181
5.3.3 成型压力对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 182
5.3.4 气/固界面对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响机理 185
5.4 ZnMgO/ZnO界面微观结构对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 190
5.4.1 碳纤维表面ZnMgO/ZnO异质界面结构 190
5.4.2 ZnMgO/ZnO异质界面结构对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 194
5.4.3 ZnMgO/ZnO异质界面结构对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响机理 199
5.5 界面孔隙构造对水泥基复合材料的影响 199
5.5.1 界面孔隙对n型水泥基复合材料的影响 199
5.5.2 界面孔隙对p型水泥基复合材料的影响 209
5.5.3 界面孔隙对水泥基复合材料热电性能的影响机理 218
参考文献 220
第6章 缺陷调控金属氧化物增强水泥基复合材料 223
6.1 引言 223
6.2 缺陷调控金属氧化物增强水泥基复合材料的制备 223
6.3 缺陷调控ZnO增强水泥基复合材料热电性能 224
6.3.1 还原气氛处理温度对ZnO电导率的影响 224
6.3.2 还原气氛处理对ZnO微观结构的影响 225
6.3.3 还原气氛对ZnO缺陷类型及含量的影响 226
6.3.4 还原气氛处理ZnO调控缺陷提高电导率的机理分析 229
6.3.5 缺陷调控ZnO/膨胀石墨水泥基复合材料的微观结构 231
6.3.6 缺陷调控ZnO/膨胀石墨水泥基复合材料的热电性能 232
6.3.7 缺陷调控ZnO 增强水泥基复合材料热电性能的强化机理 237
6.4 氧空位缺陷调控增强n型水泥基复合材料热电性能 238
6.4.1 还原气氛处理温度对n型金属氧化物电导率的影响 238
6.4.2 还原气氛对n型金属氧化物微观结构的影响 240
6.4.3 还原气氛对n型金属氧化物缺陷类型及含量的影响 242
6.4.4 还原气氛处理n型金属氧化物提高电导率的机理分析 250
6.4.5 缺陷调控n型金属氧化物/膨胀石墨水泥基复合材料的微观结构 252
6.4.6 缺陷调控n型金属氧化物/膨胀石墨水泥基复合材料的热电性能 258
6.4.7 缺陷调控n型金属氧化物增强水泥基复合材料热电性能强化机理 268
6.5 金属空位缺陷调控增强p型水泥基复合材料热电性能 269
6.5.1 氧化气氛处理温度对p型金属氧化物电导率的影响 269
6.5.2 氧化气氛对p型金属氧化物微观结构的影响 271
6.5.3 氧化气氛对p型金属氧化物缺陷类型及含量的影响 273
6.5.4 氧化气氛处理p型金属氧化物提高电导率的机理分析 279
6.5.5 缺陷调控p型金属氧化物/膨胀石墨水泥基复合材料的微观结构 280
6.5.6 缺陷调控p型金属氧化物/膨胀石墨水泥基复合材料的热电性能 286
6.5.7 缺陷调控p型金属氧化物增强水泥基复合材料热电性能的强化机理 297
参考文献 297
第7章 环境载荷对水泥基复合材料热电性能的影响 301
7.1 引言 301
7.2 膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的制备及测试方法 301
7.2.1 膨胀石墨的预处理 301
7.2.2 膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的制备工艺 301
7.2.3 复合材料的疲劳处理 302
7.2.4 复合材料的低温循环处理与冻融循环处理 302
7.3 含水率对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 303
7.3.1 膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的微观结构 303
7.3.2 含水率对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 305
7.3.3 含水率对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响机理 308
7.4 应力对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料性能的影响 311
7.4.1 膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料基本力学性能分析 311
7.4.2 应力对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料电导率的影响 312
7.4.3 应力对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料泽贝克系数的影响 313
7.4.4 应力对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料功率因数的影响 314
7.4.5 应力对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电优值的影响 315
7.4.6 应力对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能影响的机理分析 316
7.5 疲劳载荷对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响研究 317
7.5.1 疲劳载荷下膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的显微结构 317
7.5.2 疲劳载荷下膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的孔隙率及抗压强度 318
7.5.3 疲劳载荷对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 319
7.5.4 疲劳载荷对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能影响的机理分析 325
7.6 冻融循环载荷对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响研究 326
7.6.1 冻融循环载荷下膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的显微结构 326
7.6.2 冻融循环载荷下膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的孔隙率及抗压强度 327
7.6.3 冻融循环载荷对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 328
7.6.4 冻融循环载荷对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能影响的机理分析 331
7.7 冻融循环载荷对［Bmim］Br-膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 332
7.7.1 冻融循环载荷下［Bmim］Br-膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的显微结构 332
7.7.2 冻融载荷下［Bmim］Br-膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的孔隙率及抗压强度 333
7.7.3 冻融循环载荷对［Bmim］Br-膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 334
7.7.4 冻融循环载荷对［Bmim］Br-膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能影响的机理分析 337
7.8 低温循环载荷对膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料热电性能的影响 338
7.8.1 低温循环前后碳纤维水泥基复合材料的微观形貌 339
7.8.2 低温循环前后碳纤维水泥基复合材料的电导率变化 339
7.8.3 低温循环前后膨胀石墨/碳纤维增强水泥基复合材料的活化能Ea计算分析 340
7.8.4 低温循环前后碳纤维水泥基复合材料的泽贝克系数变化 341
7.8.5 低温循环前后碳纤维水泥基复合材料的载流子浓度n的计算分析 342
7.8.6 低温循环前后碳纤维水泥基复合材料的功率因数和热电优值（ZT值）变化 343
参考文献 344
第8章 水泥基复合材料热电转换模块性能研究 347
8.1 引言 347
8.2 水泥基热电复合材料及转化模块制备 348
8.2.1 膨胀石墨-碳纳米管增强水泥基复合材料制备 348
8.2.2 水泥基复合材料热电转换模块制备 349
8.2.3 基于热电模块多层铝板能量收集构件的制备 350
8.3 道路结构纵向温度梯度模拟与测量 350
8.3.1 道路结构纵向温度梯度模拟 350
8.3.2 道路结构纵向温度梯度测量 352
8.3.3 道路结构表面温度分布测量 353
8.4 水泥基复合材料能量收集研究 354
8.4.1 碳纤维增强水泥基复合材料的热电性能 354
8.4.2 碳纤维增强水泥基复合材料的输出功率 356
8.4.3 碳纤维增强水泥基复合材料能量收集实验 356
8.5 水泥基复合材料转换模块热电性能研究 358
8.5.1 水泥基复合材料转换模块温度场的有限元分析和环境测试 358
8.5.2 水泥基复合材料的转换模块热电性能研究 362
8.5.3 连接方式对水泥基复合材料及转换模块热电性能的影响 365
8.5.4 连接方式对水泥基复合材料转换模块的热电性能影响分析 367
8.5.5 水泥基复合材料转换模块的应用性能测试 370
8.6 水泥基复合材料连接热电发电机的转换模块性能研究 372
8.6.1 水泥基复合材料连接热电发电机的转换模块有限元分析和环境测试 372
8.6.2 水泥基复合材料连接热电发电机的转换模块环境测试 374
8.6.3 水泥基复合材料连接热电发电机的转换模块热电性能研究 375
8.6.4 水泥基复合材料连接热电发电机的转换模块的应用测试 377
参考文献 379