试样制备流程图。中国科大供图
记者5日从中国科学技术大学获悉，该校化学与材料科学学院徐鑫教授课题组在自清洁轻质混凝土研究中取得重要进展——采用一种简单的方法制备出了具有自清洁、超疏水、高气孔率，隔热和隔音的轻质混凝土。
相关研究发表在ACS Applied materials & Interfaces上。
推行建筑节能环保，是形成绿色发展、循环发展、低碳发展的关键之一。其中轻质混凝土在外墙保温领域得到了越来越大的重视，它可以降低热量的损耗，同时替代传统的有机泡沫，又能起到防火的效果。
据介绍，预计到2022年，我国外墙保温材料市场规模将超过2000亿元，具有自我清洁的建筑材料引起了研究者的广泛关注。
从池塘里的荷叶到壁虎的脚，自然界有许多自我清洁的表面。水滴撞击这些超疏水或极度憎水的表面，会形成水滴，在滚下来的同时清除灰尘颗粒和污染物。因此开展超疏水建筑材料的研究是实现自清洁的有效途径。
目前超疏水材料主要通过表面涂覆有机硅来实现，虽然可以起到自清洁效果，但其修饰层局限在材料表面，倘若受到机械磨损，很快会失去疏水性能，也限制了材料的长时间稳定应用。
多年来，该徐鑫和陈初升教授课题组合作进行多孔陶瓷的表面疏水改性研究。徐鑫课题组在制备混凝土时加入了油相、乳化剂和少量的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，制备均匀疏水修饰的3D轻质混凝土块体。在乳化剂的帮助下，形成许多含有PDMS的微小油滴。随后对混凝土进行干燥和加热，实现了PDMS对孔隙和陶瓷粉体的均匀修饰。通过调节油水比例，可大范围调整试样的孔隙率、抗折强度、体积密度。由于所得多孔混凝土的气孔尺寸只有30微米左右，远小于市售泡沫混凝土的1mm，因此其虽重量轻，但机械强度强。
由于原始粉体粒度小，修饰过程中的热处理使疏水基团均匀包覆在粉体的表面，制备出的轻质混凝土水接触角可达166°，水滴滴在试样表面会迅速弹开，密度小于1.0g/cm3的试样可漂浮在水面上，即使将试样浸入到水中，也会迅速上升到水面上。
成功制备的这一超疏水轻质混凝土能排斥灰尘颗粒和液体，包括牛奶、啤酒、酱油、咖啡和染色的水，可以浸泡在液体中，不留下任何污渍。即使经过机械磨损、高温热处理和化学腐蚀，这种材料仍然保持超疏水特性。此外，多孔混凝土还能吸收噪音和隔热，这是建筑材料的另两种吸引人的特性。
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