納米微晶纖維素—混凝土強化劑

　　 工業上常見的副產品纖維素晶體被發現能夠增加材料的凝結強度，意味著這種可再生資源可被用于提高建筑材料的性能。

　　納米微晶纖維素（CNCs）是一種可再生資源，能從生物能源、農業和紙漿工業等領域的副產品中得到。CNCs是從一種叫做素微纖維的結構中提取出來的，它能讓植物的枝干更加堅挺、輕質和有彈性。普渡大學的研究人員發現，CNCs能夠提高混凝土30%的抗張強度。

　　萊斯爾學院土木工程系的Pablo Zavattieri說：“納米微晶纖維素是一種可再生資源，它能從工業生產環節中大量產出的纖維素副產品得到。”

　　納米微晶纖維或許能被制成一系列應用前景廣泛的生物材料中，例如強化建筑材料和汽車組件。

　　該研究成果于二月份發表在期刊Cement and Concrete Composites上。這項工作的參與者有：Jason Weiss，普渡大學土木工程系的資深教授，同時還是Pankow材料實驗室的主管；Robert J. Moon，來自美國林業局林產品實驗室的科學家；Jeffrey Youngblood，材料工程系的助理教授；Yizheng Cao和Zavattieri，他們倆是博士研究生。

　　影響建筑材料強度和耐久性的一個原因是水泥顆粒并沒有完全跟水結合，因而形成了氣孔和缺陷，導致強度和穩定性下降。

　　Zavattieri說：“因此，實際當中我們并沒有把水泥完全利用起來。”

　　研究人員發現，納米微晶纖維素能夠促進混凝土混合料的水合作用，使得大部分水泥顆粒能夠固化，從而提高了混凝土結構的強度和穩定性。同時，這也使得需要用到的混凝土材料少了。

　　納米微晶纖維素的厚度大約是3到20納米，長為50到500納米，厚度僅為一粒沙的千分之一。因此，使用傳統的光學顯微鏡是無法很好地研究它的性質的，實驗室設備也很難測量它的相關性質。于是，研究人員轉而研究大量的生物素材，樹和其他植物。

　　利用分析手段和成像技術能夠很好地研究混凝土的性質。混凝土硬化過程中涉及的化學反應都是放熱的，因此有一部分實驗是在測量這一過程中放出的熱量，從結果就能判斷混凝土的水合作用是否充分。研究人員同時還準確預測了水泥結構中納米微晶纖維素的位置，并研究了它在不同狀態的混凝土中是如何與水泥顆粒作用的。結果表明，納米微晶纖維素形成了一些微小通道，讓水通過，更好地滲透混凝土材料。

　　這項研究跟P3Nano的目標相吻合，P3Nano是一項公私合作的項目，致力于支持林產品納米材料的研發，并將其推廣到大范圍的產品當中。

　　Zavattieri稱：“我們接下來的目標是深入研究纖維素--水泥技術，并對其進行更加詳細的測試，以期能夠早日將這項技術用在商業生產上。”