近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授徐鑫課題組采用一種簡單的方法制備出了具有自清潔、超疏水、高氣孔率，隔熱和隔音的輕質(zhì)混凝土。相關(guān)研究以Simple fabrication of concrete with remarkable self-cleaning ability, robust superhydrophobicity, tailored porosity, and highly thermal and sound insulation 為題發(fā)表在ACS Applied materials & Interfaces上。

　　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)域得到越來越大的重視，它可以降低熱量的損耗，同時替代傳統(tǒng)的有機泡沫又能起到防火的效果。預(yù)計到2022年，我國外墻保溫材料市場規(guī)模將超過2000億元。隨著人們生活水平的提高，單一的保溫性能已經(jīng)不能完全滿足需要。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)省大量時間和勞動力，又能降低醫(yī)院等場所的疾病風(fēng)險。

　　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，會形成水滴，在滾下來的同時清除灰塵顆粒和污染物。因此開展超疏水建筑材料的研究是實現(xiàn)自清潔的有效途徑。目前超疏水材料主要通過表面涂覆有機硅來實現(xiàn)，雖然可以起到自清潔效果，但其修飾層局限在材料表面，倘若受到機械磨損，很快會失去疏水性能，也限制了材料的長時間穩(wěn)定應(yīng)用。

　　多年來，中國科大徐鑫和陳初升課題組合作進行多孔陶瓷的表面疏水改性研究，并將其用于膜蒸餾海水淡化（AIChE J，2017, 63, 1272；J Am Ceram Soc, 2019, in press）。基于最近在乳液法成型技術(shù)（Chem Eng J，2019，370，658）和有機前驅(qū)體陶瓷（J Membr Sci，2019，579，111）上的研究成果，徐鑫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。隨后對混凝土進行干燥和加熱，實現(xiàn)了PDMS對孔隙和陶瓷粉體的均勻修飾。通過調(diào)節(jié)油水比例，可大范圍調(diào)整試樣的孔隙率、抗折強度、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1 mm，因此其雖重量輕，但機械強度強。

　　由于原始粉體粒度小，修飾過程中的熱處理使疏水基團均勻包覆在粉體的表面，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迅速彈開，密度小于1.0 g/cm³的試樣可漂浮在水面上，即使將試樣浸入到水中，也會迅速上升到水面上。

　　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)過機械磨損、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。

　　中國科大為該論文第一單位，徐鑫研究組的博士生董賓賓是該論文的第一作者，徐鑫為論文通訊作者，該工作得到中國國家自然科學(xué)基金和先進耐火材料國家重點實驗室開放基金的支持。

　　該研究的相關(guān)結(jié)果被ACS News Service Weekly PressPac, ScienceDaily, International Business Times, Interesting Engineering 等多家媒體進行了報道。ACS雜志專門為該工作制作了科普視頻，并在Youtube等視頻網(wǎng)站轉(zhuǎn)載，也進行了官方中文微信推廣。

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試樣制備流程圖

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

(a)水接觸角；(b)試樣紅外光譜光譜圖； (c) TEM圖像； (d)水接觸試樣時的狀態(tài)；(e)水滴上試樣迅速彈開；(f)輕質(zhì)試樣漂浮于水面照片。

　　(a)空氣自清潔實驗。灰塵微粒很容易被水滴帶走；(b)油中自清潔實驗。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浸入，（d）試樣浸漬在油中染色液體迅速彈開；(e)試樣浸入染色液體取出后未被染色。