試樣制備流程圖。中國(guó)科大供圖
記者5日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院徐鑫教授課題組在自清潔輕質(zhì)混凝土研究中取得重要進(jìn)展——采用一種簡(jiǎn)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(zhì)混凝土。
相關(guān)研究發(fā)表在ACS Applied materials & Interfaces上。
推行建筑節(jié)能環(huán)保，是形成綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展的關(guān)鍵之一。其中輕質(zhì)混凝土在外墻保溫領(lǐng)域得到了越來(lái)越大的重視，它可以降低熱量的損耗，同時(shí)替代傳統(tǒng)的有機(jī)泡沫，又能起到防火的效果。
據(jù)介紹，預(yù)計(jì)到2022年，我國(guó)外墻保溫材料市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)2000億元，具有自我清潔的建筑材料引起了研究者的廣泛關(guān)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(huì)形成水滴，在滾下來(lái)的同時(shí)清除灰塵顆粒和污染物。因此開(kāi)展超疏水建筑材料的研究是實(shí)現(xiàn)自清潔的有效途徑。
目前超疏水材料主要通過(guò)表面涂覆有機(jī)硅來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(jī)械磨損，很快會(huì)失去疏水性能，也限制了材料的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定應(yīng)用。
多年來(lái)，該徐鑫和陳初升教授課題組合作進(jìn)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?xí)r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(zhì)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(duì)混凝土進(jìn)行干燥和加熱，實(shí)現(xiàn)了PDMS對(duì)孔隙和陶瓷粉體的均勻修飾。通過(guò)調(diào)節(jié)油水比例，可大范圍調(diào)整試樣的孔隙率、抗折強(qiáng)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(yuǎn)小于市售泡沫混凝土的1mm，因此其雖重量輕，但機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)。
由于原始粉體粒度小，修飾過(guò)程中的熱處理使疏水基團(tuán)均勻包覆在粉體的表面，制備出的輕質(zhì)混凝土水接觸角可達(dá)166°，水滴滴在試樣表面會(huì)迅速?gòu)楅_(kāi)，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(huì)迅速上升到水面上。
成功制備的這一超疏水輕質(zhì)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(jīng)過(guò)機(jī)械磨損、高溫?zé)崽幚砗突瘜W(xué)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。
