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  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)域越來(lái)越受到重視，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。預(yù)計(jì)到2022年，中國(guó)外墻保溫材料市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)2000億元。隨著人們生活水平的提高，單一的保溫性能已不能完全滿(mǎn)足需要。具有自我清潔的建筑材料引起了研究者的廣泛關(guān)注，它可以為家庭和企業(yè)節(jié)省大量時(shí)間和勞動(dòng)力，又能降低醫(yī)院等場(chǎng)所的疾病風(fēng)險(xiǎn)。

  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。

  近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的徐鑫教授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)。

圖1. 試樣制備流程圖

圖2. 不同水油比試樣的SEM圖（a）1:1，（b）1:2，（c）1:3，（d）1:4

  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1g/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。

圖3. (a)水接觸角；(b)紅外光譜；(c) TEM圖像；(d)水接觸試樣時(shí)的狀態(tài)；(e)水滴上試樣迅速?gòu)楅_(kāi)；(f)輕質(zhì)試樣漂浮于水面照片。

  所得超疏水輕質(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。

圖4. (a)空氣自清潔實(shí)驗(yàn)。灰塵微粒很容易被水滴帶走；(b)油中自清潔實(shí)驗(yàn)。油中的灰塵顆粒(正庚烷)很容易被水滴帶走；(c)球形染色液體立在材料的表面不會(huì)浸入，（d）試樣浸漬在油中染色液體迅速?gòu)楅_(kāi)；(e)試樣浸入染色液體取出后未被染色。

  本研究的相關(guān)結(jié)果已發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces，并被ACS News Service Weekly PressPac, ScienceDaily, International Business Times, Interesting Engineering等媒體進(jìn)行了報(bào)道。

  中國(guó)科大為該論文第一單位，博士生董賓賓是該論文的第一作者，徐鑫教授為論文通訊。作者本項(xiàng)目得到了中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金和先進(jìn)耐火材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金的支持。

  文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b14929

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  https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2019/acs-presspac-november-20-2019/self-cleaning-concrete-could-keep-buildings-looking-new-video.html

  https://interestingengineering.com/researchers-create-self-cleaning-concrete-that-repels-liquid

  https://www.sciencedaily.com/releases/2019/11/191120131321.htm

  https://www.ibtimes.com/scientists-invent-self-cleaning-concrete-keep-buildings-looking-new-2871442