中國科大課題組制備出自清潔輕質混凝土

從中國科學技術大學獲悉，該校化學與材料科學學院徐鑫教授課題組在自清潔輕質混凝土研究中取得重要進展——采用一種簡單的方法制備出了具有自清潔、超疏水、高氣孔率，隔熱和隔音的輕質混凝土。

相關研究發表在 ACS Applied materials & Interfaces上。

推行建筑節能環保，是形成綠色發展、循環發展、低碳發展的關鍵之一。其中輕質混凝土在外墻保溫領域得到了越來越大的重視，它可以降低熱量的損耗，同時替代傳統的有機泡沫，又能起到防火的效果。

據介紹，預計到2022年，我國外墻保溫材料市場規模將超過2000億元，具有自我清潔的建筑材料引起了研究者的廣泛關注。

從池塘里的荷葉到壁虎的腳，自然界有許多自我清潔的表面。水滴撞擊這些超疏水或極度憎水的表面，會形成水滴，在滾下來的同時清除灰塵顆粒和污染物。因此開展超疏水建筑材料的研究是實現自清潔的有效途徑。

目前超疏水材料主要通過表面涂覆有機硅來實現，雖然可以起到自清潔效果，但其修飾層局限在材料表面，倘若受到機械磨損，很快會失去疏水性能，也限制了材料的長時間穩定應用。

多年來，該徐鑫和陳初升教授課題組合作進行多孔陶瓷的表面疏水改性研究。徐鑫課題組在制備混凝土時加入了油相、乳化劑和少量的聚二甲基硅氧烷（PDMS），制備均勻疏水修飾的3D 輕質混凝土塊體。在乳化劑的幫助下，形成許多含有 PDMS 的微小油滴。隨后對混凝土進行干燥和加熱，實現了 PDMS對孔隙和陶瓷粉體的均勻修飾。通過調節油水比例，可大范圍調整試樣的孔隙率、抗折強度、體積密度。由于所得多孔混凝土的氣孔尺寸只有30微米左右，遠小于市售泡沫混凝土的1mm，因此其雖重量輕，但機械強度強。

由于原始粉體粒度小，修飾過程中的熱處理使疏水基團均勻包覆在粉體的表面，制備出的輕質混凝土水接觸角可達166°，水滴滴在試樣表面會迅速彈開，密度小于1.0g/cm3的試樣可漂浮在水面上，即使將試樣浸入到水中，也會迅速上升到水面上。

成功制備的這一超疏水輕質混凝土能排斥灰塵顆粒和液體，包括牛奶、啤酒、醬油、咖啡和染色的水，可以浸泡在液體中，不留下任何污漬。即使經過機械磨損、高溫熱處理和化學腐蝕，這種材料仍然保持超疏水特性。此外，多孔混凝土還能吸收噪音和隔熱，這是建筑材料的另兩種吸引人的特性。