纳米微晶纤维素—混凝土强化剂

　　 工业上常见的副产品纤维素晶体被发现能够增加材料的凝结强度，意味着这种可再生资源可被用于提高建筑材料的性能。

　　纳米微晶纤维素（CNCs）是一种可再生资源，能从生物能源、农业和纸浆工业等领域的副产品中得到。CNCs是从一种叫做素微纤维的结构中提取出来的，它能让植物的枝干更加坚挺、轻质和有弹性。普渡大学的研究人员发现，CNCs能够提高混凝土30%的抗张强度。

　　莱斯尔学院土木工程系的Pablo Zavattieri说：“纳米微晶纤维素是一种可再生资源，它能从工业生产环节中大量产出的纤维素副产品得到。”

　　纳米微晶纤维或许能被制成一系列应用前景广泛的生物材料中，例如强化建筑材料和汽车组件。

　　该研究成果于二月份发表在期刊Cement and Concrete Composites上。这项工作的参与者有：Jason Weiss，普渡大学土木工程系的资深教授，同时还是Pankow材料实验室的主管；Robert J. Moon，来自美国林业局林产品实验室的科学家；Jeffrey Youngblood，材料工程系的助理教授；Yizheng Cao和Zavattieri，他们俩是博士研究生。

　　影响建筑材料强度和耐久性的一个原因是水泥颗粒并没有完全跟水结合，因而形成了气孔和缺陷，导致强度和稳定性下降。

　　Zavattieri说：“因此，实际当中我们并没有把水泥完全利用起来。”

　　研究人员发现，纳米微晶纤维素能够促进混凝土混合料的水合作用，使得大部分水泥颗粒能够固化，从而提高了混凝土结构的强度和稳定性。同时，这也使得需要用到的混凝土材料少了。

　　纳米微晶纤维素的厚度大约是3到20纳米，长为50到500纳米，厚度仅为一粒沙的千分之一。因此，使用传统的光学显微镜是无法很好地研究它的性质的，实验室设备也很难测量它的相关性质。于是，研究人员转而研究大量的生物素材，树和其他植物。

　　利用分析手段和成像技术能够很好地研究混凝土的性质。混凝土硬化过程中涉及的化学反应都是放热的，因此有一部分实验是在测量这一过程中放出的热量，从结果就能判断混凝土的水合作用是否充分。研究人员同时还准确预测了水泥结构中纳米微晶纤维素的位置，并研究了它在不同状态的混凝土中是如何与水泥颗粒作用的。结果表明，纳米微晶纤维素形成了一些微小通道，让水通过，更好地渗透混凝土材料。

　　这项研究跟P3Nano的目标相吻合，P3Nano是一项公私合作的项目，致力于支持林产品纳米材料的研发，并将其推广到大范围的产品当中。

　　Zavattieri称：“我们接下来的目标是深入研究纤维素--水泥技术，并对其进行更加详细的测试，以期能够早日将这项技术用在商业生产上。”