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    氢键弱是建立坚固基础设施的关键:莱斯大学实验室模拟聚合物-水泥复合材料以找到最坚固,最坚韧的材料,中国建材网,cnprofit.com
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    氢键弱是建立坚固基础设施的关键:莱斯大学实验室模拟聚合物-水泥复合材料以找到最坚固,最坚韧的材料
    2021年05月05日    阅读量:2889    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

    莱斯大学的科学家表示,聚合物和水泥复合材料中氢键的正确混合对于制造坚固,坚韧和易延展的基础设施材料至关重要,他们希望模仿珍珠母和类似天然复合材料与合成材料的力学。


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    由珍珠母(也称为珍珠母)制成的贝壳,通过重叠的微米级矿化板(由柔软的基质固定在一起)而获得了卓越的性能。土木工程和环境工程学助理教授鲁兹比·沙赫萨瓦里(Rouzbeh Shahsavari)认为,水泥和聚合物复合材料可以接近这种结构,例如可以制成更好的抗震混凝土中国建材网cnprofit.com


    莱斯实验室对聚合物和水泥分子如何在纳米级结合以及驱动它们的粘附力进行了20多次计算机模拟。研究人员表明,氧和氢原子的接近性是形成连接软层和硬层的弱氢键网络的关键因素。事实证明,普通的聚丙烯酸(PAA)最能粘结水泥晶体的重叠层,最佳重叠约为15纳米。


    Shahsavari说:“这些信息对于制造最好的合成复合材料很重要。” Shahsavari与莱斯大学的研究生Navid Sakhavand共同主持了该项目。“对这些材料采用现代工程方法将对社会产生重大影响,尤其是当我们建造新的和替换老化的基础设施时。”


    实验室的结果显示在Applied Physics Letters中。


    Shahsavari说,虽然工程师们理解添加聚合物可以通过阻止侵入其孔隙的“侵蚀性”离子的破坏作用来改善水泥,但有关该材料在分子尺度上如何相互作用的细节仍然未知。为了找到答案,研究人员用PAA和聚乙烯醇(PVA)对复合材料进行了建模,这两种软质基质材料均已用于改善水泥。


    他们发现,PAA中的两个不同的氧原子(与PVA中的一个相反)使它能够接收和捐赠离子,因为它与钙铁矿水泥晶体中的氢键结合。PAA中的氧有8种与氢键合的方式(对于PVA有6种键合方式),并且还可能参与聚合物与水泥之间的盐桥作用,这使键合网络变得更加复杂。


    研究人员通过使聚合物和水泥层相互滑动来测试其模拟结构,发现复杂性使PAA和水泥之间的粘结随着材料受力而更频繁地断裂和重新连接,从而显着提高了材料的韧性,不变形的能力。压裂。这使研究人员能够确定水泥晶体之间的最佳重叠。


    沙赫萨瓦里说:“与通常的直觉相反,氢键是弱的,当氢键数量合适时(最佳重叠)配合时,它们在复合材料中提供了足够的连通性,从而赋予了高强度和高韧性。” “从实验的角度来看,这可以通过在控制水泥矿物形成的同时仔细调整和控制适当分子量的聚合物的添加来完成。的确,我们同事最近的实验论文证明了该策略的概念证明。”


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