生物仿真材料的节能制造,用于可持续基础设施应用
Jingze Chen1, Zhichao Liu1, Shujun Zhang2
1State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, Wuhan, 430070, China.
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
|June 25, 2025
概括
研究人员开发了一种强大,坚固的碳矿物化材料 (CMM),灵感来自. 这种仿生材料使用冰模和碳矿化来高效地制造和固定二氧化碳,提供可持续的基础设施解决方案.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 生物模拟学是一种生物模拟学.
- 可持续化学 可持续化学
背景情况:
- 在环境条件下,高性能仿生材料的可扩展制造具有挑战性.
- 纳克尔的分层"泥"结构激发了先进的材料设计.
- 现有的方法经常在快速处理和保持机械完整性方面扎.
研究的目的:
- 开发一种节能方法来制造高性能,类似于NACRE的材料.
- 使用冰模和碳矿化制造强而坚固的碳矿化材料 (CMM).
- 建立一种可持续的材料合成方法,同时还可固定二氧化碳.
主要方法:
- 使用双温度梯度的冰模板,创建 γ-二酸 (γ-C2S) 的有序状骨架.
- 在温和条件下采用快速的现场碳矿化,以产生CaCO3颗粒.
- 通过凝透到结构中,形成最终的类似纳克尔的CMM.
主要成果:
- 实现了一种类似于的CMM,屈曲强度为45MPa (8倍水凝复合材料) 和破裂度为2.03MJ m-3 (20倍未经修改的CMM).
- 材料的密度很低,只有1.2gcm-3.
- 演示了多级硬化机制,包括裂纹屈曲和强大的界面粘合.
结论:
- 通过整合生物仿真和碳矿化,为设计高性能合成材料建立了一个新的范式.
- 开发的CMM显示了机械性能的显著改善,并提供了一个可持续的解决方案.
- 预计在可持续基础设施和碳中和方面有前途的应用.
