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    自然抗裂水泥蓝图:基于海胆刺的纳米结构,科学家们开发了抗断裂水泥,中国建材网,cnprofit.com
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    自然抗裂水泥蓝图:基于海胆刺的纳米结构,科学家们开发了抗断裂水泥
    2021年05月05日    阅读量:1591    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

    海胆刺大多由方解石制成,通常是一种非常易碎和易碎的材料。但是,在海胆的情况下,刺比单独的原材料更耐用。


    其强度的原因是自然界使用砖墙式建筑来优化材料的方式中国建材网cnprofit.com。由赫尔穆特·科尔芬教授领导的物理化学研究小组根据这种“砖和灰浆原理”成功地在纳米级合成了水泥。


    在此过程中,发现了具有灰浆功能的大分子,这些晶体分子在纳米级彼此固定,并且这些嵌段以有序的方式组装在一起。


    目的是使水泥更耐用。该研究的结果发表在2017年12月1日的《科学进展》上。


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    补充说:“我们的水泥比迄今开发的任何一种水泥都具有更高的抗断裂性,为我们提供了全新的施工可能性。” 用这种水泥制成的柱子可以建造8,000米高,或者是世界上目前最高的建筑物的十倍,然后才能破坏其底部的材料。价值250兆帕的普通钢只能达到3,000米的高度。


    在纳米科学中,可以将砖墙式建筑与泥瓦匠的工作进行比较:铺设的每一层砖都由灰浆固定在适当的位置。指导原则是先硬然后硬,再硬然后软材料分层。这正是大自然使海胆刺具有弹性的原理。


    当对脆性方解石施加力时,其晶体块确实会破裂,但是,能量随后转移到了柔软的无序层。由于该材料没有可撕裂的劈裂面,因此可以防止进一步开裂。


    海胆脊柱的一小部分揭示了这种结构原理:井井有条的晶体块被较软的无定形区域包围。在海胆的情况下,这种材料是碳酸钙。


    贻贝的贝壳或骨头的构造方法大致相同。HelmutC?lfen说:“我们的目标是向自然学习。” 仿生学或仿生学是用于利用自然现象来激发技术发展的术语。


    水泥本身具有无序的结构-每个组件都粘附于所有其他组件。这意味着:为了使水泥真正从实体建筑的坚固性中获利,必须在纳米级别上重新组织其结构。


    将这一过程描述为“在纳米级上编码抗裂性”。


    在这种情况下,这意味着要确定仅与水泥纳米颗粒结合而在水泥中没有其他粘合作用的材料。鉴定出大约十种带负电的肽组合,它们可以很好地粘附和粘合材料。


    与斯图加特大学合作,该团队能够在电子显微镜下使用离子束从尺寸为3微米的纳米结构水泥中切出条形微结构。然后使用微操纵器将该微结构弯曲。


    释放后,微结构立即返回其原始位置。可以基于微结构的弹性变形来计算机械值。


    根据这些计算,优化后的水泥达到了200兆帕的值。相比之下:贻贝壳是抗断裂性的金标准,其值达到210兆帕,仅稍高一些。今天常用的混凝土的值为2到5兆帕。


    参见顽童的棘刺和贻贝壳是由方解石制成的,因为水中有大量的钙。赫尔穆特·科尔芬解释说:“人们拥有比方解石更好的建筑材料。如果我们成功地设计了材料的结构并再现了自然的蓝图,我们还将能够生产出更多的抗断裂材料-受自然启发的高性能材料。”


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