通訊員 楊凡 中國青年報·中國青年網記者 王磊 王海涵
近日，中國科學技術大學化學與材料科學學院徐鑫教授課題組採用一種簡單的方法，製備出具有自清潔、超疏水、高氣孔率，隔熱和隔音性能皆佳的輕質混凝土。相關研究發表在《美國化學學會應用材料與界面》上。
現代建築，特別是城市裡高層建築，通過高空人工吊繩的方法清洗外牆面，既耗費大量的人力和水資源，又存在著安全隱患。有沒有一種新型建築材料，能夠像荷葉一樣可以抵禦汙漬，一場雨過後，讓整個建築煥然如新了呢？中國科大課題組的方法就有望實現上述建築物自清潔的設想。
從池塘裡的荷葉到壁虎的腳，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汙染物。因此，開展超疏水建築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塗覆有機矽來實現，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。
推行建築節能環保，是形成綠色發展、循環發展、低碳發展的關鍵之一。其中，輕質混凝土在外牆保溫領域得到了越來越大重視，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。預計到2022年，我國外牆保溫材料市場規模將超過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足需要。具有自我清潔的建築材料引起了研究者的廣泛關注，它可以為家庭和企業節省大量時間和勞動力，又能降低醫院等場所的疾病風險。
多年來,中國科大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，並將其用於膜蒸餾海水淡化，取得了一系列重要進展。基於最近在乳液法成型技術和有機前驅體陶瓷上的研究成果，徐鑫課題組在製備混凝土時加入了油相、乳化劑和少量的聚二甲基矽氧烷，製備均勻疏水修飾的3D輕質混凝土塊體。在乳化劑的幫助下，形成許多含有聚二甲基矽氧烷的微小油滴。隨後對混凝土進行乾燥和加熱，實現微小油滴對孔隙和陶瓷粉體的均勻修飾。
由於原始粉體粒度小，修飾過程中的熱處理使疏水基團均勻包覆在粉體的表面。水滴滴在這種混凝土試樣表面會迅速彈開。通過調節油水比例，可大範圍調整試樣的孔隙率、抗折強度、體積密度。由於所得多孔混凝土的氣孔尺寸只有30微米左右，遠小於目前市場上銷售泡沫混凝土的1毫米氣孔，因此其雖重量輕，但機械強度強，抗壓耐磨損。
據悉，這種具有荷葉般自清潔的輕質混凝土能排斥灰塵顆粒，以及牛奶、啤酒、醬油、咖啡和染色的水等液體。即使將這種材料浸泡在液體中，也不會留下任何汙漬。更為神奇的是，經過機械磨損、高溫熱處理和化學腐蝕，這種材料仍然能夠保持超疏水特性。此外，這種多孔混凝土還能隔熱和吸收噪音。
本研究的相關成果引起國際媒體的廣泛關注，美國化學學會、每日科學、趣味工程、國際財經時報等多家媒體進行了報導。