在《建筑与建筑材料》杂志在线发表的一篇论文中，该团队对比了水泥膏——混凝土的结合成分——与天然材料的结构和性能，如骨头、贝壳和深海海绵。正如研究人员观察到的，这些生物材料非常坚固耐用，部分原因是它们在多个长度尺度上的结构精确组装，从分子到宏观，或可见的水平。

 

根据他们的观察，由麻省理工学院土木与环境工程系(CEE)教授Oral Buyukozturk领导的团队提出了一种新的受生物启发的“自下而上”的方法来设计水泥膏体。

 

Buyukozturk说:“这些材料以一种迷人的方式组装，简单的成分以复杂的几何构型排列，观察起来很漂亮。”“我们想知道它们内部存在什么样的微观机制，能够提供如此优越的性能，以及我们如何能够采用类似的基于建筑模块的方法来建造混凝土。”

 

最终，该团队希望在自然界中找到一种材料，可以作为可持续性和更持久的硅酸盐水泥的替代品，硅酸盐水泥的制造需要大量的能源。怎么注册天富

 

Buyukozturk说:“如果我们能用一些自然中容易获得的其他材料部分或全部替代水泥，我们就能实现可持续发展的目标。”

 

 

论文的共同作者包括主要作者兼研究生Steven Palkovic，研究生Dieter Brommer，研究科学家Kunal Kupwade-Patil, CEE助理教授Admir Masic, CEE系主任Markus Buehler, McAfee工程教授。

 

麻省理工学院的工程师们正在寻找一种新的混凝土配方

 

天然材料和水泥浆料的对比展示了小块组装形成大结构的步骤。

 

比勒说:“理论、计算、新合成和表征方法的融合，使一种范式的转变成为可能，它将永远改变我们生产这种无处不在的材料的方式。”“这种材料可以建造更耐用的道路、桥梁和建筑，减少碳和能源足迹，甚至使我们能够在制造这种材料时吸收二氧化碳。”在混凝土中实施纳米技术是[如何]扩大纳米科学的力量以解决重大工程挑战的一个强有力的例子。”怎么注册天富

 

从分子到桥梁

 

今天的混凝土是碎石的随意组合，用水泥膏把它们粘合在一起。混凝土的强度和耐久性部分取决于其内部结构和孔隙结构。例如，多孔性越强的材料，就越容易开裂。然而，目前还没有能够精确控制混凝土内部结构和整体性能的技术。

 

“这主要是猜测，”Buyukozturk说。“我们想改变文化，开始在中观尺度上控制物质。”

 

正如Buyukozturk所描述的，“中观尺度”代表了微观尺度结构和宏观尺度属性之间的联系。例如，水泥的微观结构如何影响高层建筑或长桥的整体强度和耐久性?理解这种联系将有助于工程师识别不同长度尺度的特性，从而提高混凝土的整体性能。

 

Buyukozturk说:“我们一方面在处理分子，另一方面在构建一个长达数公里的结构。”“我们如何将我们在非常小的范围内开发的信息与大规模的信息联系起来?”这就是一个谜。”

 

从下往上建造

 

为了开始了解这种联系，他和他的同事们研究了生物材料，如骨头、深海海绵和珍珠层(软体动物的内壳层)，这些都被广泛研究了其力学和微观特性。他们查阅了有关每种生物材料的科学文献，并在纳米、微观和宏观尺度上与水泥膏体的结构和行为进行了比较。

 

他们寻找一种材料的结构和它的机械性能之间的联系。例如，研究人员发现，深海海绵的洋葱状硅层结构提供了一种防止裂缝的机制。珍珠层的矿物质呈“砖与泥”的排列方式，在矿物质层之间产生强烈的结合，使这种材料极其坚韧。

 

Masic说:“在这种情况下，我们已经建立了广泛的多尺度表征和计算建模技术，用于研究生物和仿生材料的复杂性，这些技术可以很容易地应用到水泥领域。”