南京工业大学土木工程学院冯闯教授团队在国际权威学术期刊《Journal of Building Engineering》（中科院二区，IF=7.144）上发表题为“A Two-step Homogenization Micromechanical Model for Strain-sensing of Graphene Reinforced Porous Cement Composites”的研究论文。2021级硕士研究生樊宇澄为论文第一作者，冯闯教授为通讯作者，南京工业大学土木工程学院为第一通讯单位。

石墨烯纳米片（GNP）是一种具有高导电性的纳米材料。当它添加到广泛应用的水泥中时，可以提高复合材料的压阻性能，压阻性是指材料电阻改变响应于外部施加的机械变形的能力，这种水泥基复合材料在开发能够实现自传感，自监测的大型智能建筑/桥梁/道路工程结构领域具有极大潜力。然而，关于GNP增强水泥基复合材料（GNPRCC）电学及压阻性能的理论工作非常有限，这是因为GNPRCC作为多孔材料内部微观结构较为复杂，基体，增强相和孔隙三相电导率差异极大，单一的均质化理论和传统微观力学模型难以同时将所有因素纳入考虑计算GNPRCC的有效电导率，也无法解释电阻响应于应变的物理机制。基于此背景，冯闯教授团队开发了一种两步均质化的微观力学模型，先后考虑了GNP和孔隙。使用取向分布函数（ODF）和Eshelby张量评估了基体内填料的分布和几何形状。同时，建立了具有界面电阻的波纹状GNP的双参数形状模型，并将其等效为扁平圆柱体填料来考虑GNP的褶皱效应。在此理论框架的基础上考虑了由GNPs和孔隙的存在引起的导电机制的变化，影响GNPRCCs压阻性能的主要因素：（i）GNPs的定向排列和体积变化；（ii）势垒高度和隧穿电阻的变化；（iii）孔隙的重新取向和孔隙率变化。该两步均质化微观力学模型有助于预测GNPRCCs的电导率和在不同载荷条件下的电阻变化，并揭示支撑GNPRCCs应变传感的基本物理机制。

文章在线网址：https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106546

作者：土木工程学院；审核：张涛、杨会峰