Крошечные сферы предлагают потенциальное решение конкретной проблемы

Крошечные сферы предлагают потенциальное решение конкретной проблемы

Мелкозернистые сферы силиката кальция могут помочь создать более прочный, более экологически чистый бетон, заявляют ученые из Университета Райса в Хьюстоне, штат Техас.

 

Материаловед Рузбех Шахсавари и аспирант Сун Хун Хван сформировали сферы в растворе вокруг наноразмерных семян обычного моющего средства, подобного поверхностно-активному веществу. По словам Райса, сферам может быть предложено самоорганизоваться в твердые тела, которые сильнее, тверже, эластичнее и прочнее, чем портландцемент.

«Цемент не имеет красивой структуры, - сказал Шахсавари, доцент по материаловедению и наноинженерии. «Частицы цемента являются аморфными и дезорганизованными, что делает его немного уязвимым для трещин. Но с этим материалом мы знаем, каковы наши пределы, и мы можем направлять полимеры или другие материалы между сферами, чтобы контролировать структуру снизу вверх и точно предсказать, как она может разрушиться ».

Кроме того, Шахсавари сказал, что сферы подходят для инженерии костей, тканей, керамики и композитов, а также для цемента. Исследование появилось в Langmuir.

Исследователи обнаружили, что они могут контролировать размер сфер - от 100 до 500 нанометров в диаметре - манипулируя поверхностно-активными веществами, растворами, концентрациями и температурами во время производства.

«Это очень простые, но универсальные строительные блоки, две ключевые черты многих биоматериалов», - сказал Шахсавари. «Они обеспечивают расширенные функциональные возможности в синтетических материалах. Раньше предпринимались попытки изготовления композитных материалов из тромбоцитов или волокон, но в этих работах используются сферы для создания прочных, жестких и адаптируемых биомиметических материалов.

«Формы сферы важны, потому что их намного легче синтезировать, они могут самоорганизовываться и расширяться от химии и крупномасштабных производственных точек».

В тестах исследователи использовали два обычных поверхностно-активных вещества для создания сфер и сжатия их продуктов в гранулы для тестирования. Они обнаружили, что гранулы на основе DTAB лучше всего уплотняются и более жесткие, с более высоким модулем упругости, чем гранулы CTAB или общий цемент. Они также показали высокое электрическое сопротивление.

Шахсавари сказал, что размер и форма частиц в целом оказывают значительное влияние на механические свойства и долговечность сыпучих материалов, таких как бетон. «Очень полезно иметь что-то, что вы можете контролировать, а не материал, случайный по своей природе», - сказал он в своем заявлении. «Кроме того, можно смешивать сферы с разными диаметрами, чтобы заполнить промежутки между самоорганизованными структурами, что приведет к более высокой плотности упаковки и, следовательно, к механическим и долговечным свойствам».

По словам Шахсавари, увеличение прочности цемента позволит производителям использовать меньше бетона, уменьшающийся вес, необходимую энергию для его производства и выбросы углерода, связанные с производством цемента. Поскольку сферы упаковывают более эффективно, чем оборванные частицы, обнаруженные в общем цементе, полученный материал будет более устойчивым к повреждению ионов из воды и других загрязнителей и должен требовать меньшего обслуживания и менее частой замены.


Печать   E-mail