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    球体可使混凝土更纤细,更环保:微观粒子有望提供更坚固的建筑材料以及更多
    2021年04月26日    阅读量:674    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

    赖斯大学的科学家已经开发出微米级的硅酸钙球,它可以产生更坚固,更环保的混凝土,这是世界上最常用的合成材料。


    对于莱斯材料科学家Rouzbeh Shahsavari和研究生Sung Hoon Hwang来说,这些球体代表了可以低成本制造的构件,并有望减轻目前用于制造水泥(混凝土中最常见的粘结剂)的高能耗技术。


    球体可使混凝土更纤细,更环保:微观粒子有望提供更坚固的建筑材料以及更多 中国建材网,cnprofit.com


    研究人员在溶液中围绕一种常见的洗涤剂状表面活性剂的纳米级种子形成了球体中国建材网cnprofit.com。可以提示这些球自组装成比普遍存在的波特兰水泥更坚固,更硬,更具弹性和更耐用的固体。


    “水泥没有最好的结构,”材料科学和纳米工程学助理教授Shahsavari说。“水泥颗粒是无定形的,杂乱无章的,这使得它有点容易开裂。


    但是有了这种材料,我们知道了我们的极限,我们可以在球体之间引导聚合物或其他材料来控制结构的底部和顶部,并预测更准确地说,它会如何破裂。”


    他说,这些球适用于骨组织工程,绝缘,陶瓷和复合材料以及水泥。


    这项研究发表在美国化学学会期刊Langmuir上。


    这项工作以Shahsavari和Hwang的2017年项目为基础,旨在开发具有多孔微观硅酸钙球的自愈材料。新材料不是多孔的,因为固体硅酸钙壳包围着表面活性剂种子。


    但是,就像早期的项目一样,它的灵感来自自然界如何协调不同材料之间的界面,特别是珍珠质(贝壳的珍珠质)。珍珠母的强度是由交替的硬无机和软血小板组成的。因为球体模仿该结构,所以它们被认为是仿生的。


    研究人员发现,他们可以通过在制造过程中操纵表面活性剂,溶液,浓度和温度来控制直径在100到500纳米范围内的球体尺寸。Shahsavari说,这使它们可以针对应用进行调整。


    沙赫萨瓦里说:“这些是非常简单但通用的构件,是许多生物材料的两个关键特征。” “它们使合成材料具有先进的功能。以前,人们曾尝试制造用于复合材料的血小板或纤维构建基块,但这项工作是使用球体来制造坚固,坚韧和适应性强的仿生材料。


    “球形很重要,因为从化学和大规模制造的角度来看,球形形状更容易合成,自组装和按比例放大。”


    在测试中,研究人员使用两种常见的表面活性剂制成球体,并将其产品压缩成颗粒进行测试。他们了解到,与CTAB颗粒或普通水泥相比,基于DTAB的颗粒的致密性最好,并且具有更高的弹性模量。它们还显示出高电阻。


    沙赫萨瓦里(Shahsavari)说,颗粒的大小和形状通常对像混凝土这样的散装材料的机械性能和耐用性产生重大影响。他说:“拥有一种可以控制的东西,而不是一种自然界中随机产生的材料,是非常有益的。” “此外,人们可以混合不同直径的球体以填充自组装结构之间的间隙,从而导致更高的堆积密度,从而提高机械和耐久性能。”


    他说,提高水泥强度可以使制造商减少使用混凝土,不仅可以减轻重量,而且可以降低制造所需的能源以及与水泥生产相关的碳排放量。由于球的填充效率比普通水泥中的参差不齐的颗粒高,因此生成的材料将更能抵抗来自水和其他污染物的有害离子,并且所需维护更少,更换频率也更少。


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