科學(xué)家們開發(fā)了一種可以治愈自身裂縫的“活混凝土”

混凝土是一種出色的多功能材料，但它并非沒有局限性。材料科學(xué)家熱衷于尋找解決方法的最大問題之一是它的脆性。混凝土根本沒有很高的抗拉強(qiáng)度，這意味著它在壓力下容易開裂。

解決這個(gè)問題的一種方法是開發(fā)可以填充自身裂縫的混凝土，而一種新方法可能是靈丹妙藥。由德克薩斯A&M大學(xué)的機(jī)械工程師Congrui Grace Jin領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了可以通過利用合成地衣的力量自愈的混凝土。

它改進(jìn)了以前的嘗試研究人員表示，通過使用細(xì)菌制造自我修復(fù)的“活”混凝土，實(shí)現(xiàn)完全的自我可持續(xù)性。

“微生物介導(dǎo)的自修復(fù)混凝土已經(jīng)被廣泛研究了三十多年，”Jin 解釋道，“但它仍然存在一個(gè)重要的限制——目前的自我修復(fù)方法都不是完全自主的，因?yàn)樗鼈冃枰獠繝I養(yǎng)供應(yīng)，讓愈合劑不斷產(chǎn)生修復(fù)材料。

例如，使用細(xì)菌的方法可能需要人類手動(dòng)噴灑營養(yǎng)物質(zhì)，以鼓勵(lì)生物體開始工作以修復(fù)受損的混凝土。在內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校 （University of Nebraska-Lincoln） 的 Nisha Rokaya 首次撰寫的一篇論文中，Jin 及其同事將這種方法更進(jìn)一步。

地衣不是單一的生物，而是專性互惠互利的例子，即真菌和藍(lán)藻或藻類之間的共生伙伴關(guān)系。研究人員設(shè)計(jì)了一種定制的地衣，使用藍(lán)藻固定大氣中的二氧化碳和氮，以及一種絲狀真菌，吸引電離鈣并促進(jìn)大量碳酸鈣的沉淀——碳酸鈣是制造蛋殼、海貝殼、珊瑚和白堊的材料。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，這些地衣能夠通過沉積大量碳酸鈣、將裂縫粘合在一起并防止其進(jìn)一步擴(kuò)散來治愈混凝土中的裂縫。它實(shí)際上與古羅馬自修復(fù)混凝土它使用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣來修復(fù)混凝土。

與細(xì)菌方法不同，地衣不需要喂食：它只是閑逛，做自己的事情，不需要人類照顧。它需要進(jìn)一步研究——研究人員接下來計(jì)劃看看地衣如何處理預(yù)先存在的裂縫——但它可能會(huì)提出一種方法來延長(zhǎng)這種對(duì)人類生活方式至關(guān)重要的材料的使用壽命。

“結(jié)果表明，為自維持的混凝土修復(fù)創(chuàng)造穩(wěn)定的光養(yǎng)異養(yǎng)系統(tǒng)的潛力，”研究人員寫道，“同時(shí)利用兩個(gè)物種的能力，無需外源性營養(yǎng)供應(yīng)。

研究結(jié)果已發(fā)表在今日材料通訊.

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