水泥的独家特写

材料牛注：水泥在我们的生产和生活中扮演着越来越重要的角色，而在这一领域目前又有了新的突破，通过对其成分的分析加以数学计算大大提高了生产效率，降低了环境污染，抓紧来看看吧，一定对你有帮助。

莱斯大学科学家们致力于更深入地了解世界上最广泛使用的人造材料——水泥。他们已经对先前未开发的方面做了细致的研究，包括制造过程所需能量及温室气体所带来的影响。

莱斯实验室的材料科学家Rouzbeh Shahsavari开发的技术能分析并观察到二钙硅酸盐（亦称：水泥石）中的位错。二钙硅酸盐是硅酸盐水泥的一种组分。他们详细介绍了五种不同类型的技术是如何易于水泥的制造和提高其极限强度的。该研究成果发布在了Cement and Concrete Research上。

“虽然水泥石是天然的晶体，但是晶体非常小，并且材料没有固定的形状，以致于没有人能很清楚的观察到它们。通过微调水泥中的混凝土可以帮助节约能源，这反过来又能减少碳的排放。”Shahsavari说，“用原子透镜观察硅酸盐晶体的力学和水反应性的缺陷可以为调整水泥熟料的研磨能耗和提高混凝土的强度提供新的见解， 这两个因素都可以显著促进节能，并减少由于混凝土的生产和使用而造成的环境污染。”

硅酸钙是工业熟料中的关键成分，通过对其加以研磨并与水混合的方式制备水泥。与三钙硅酸盐（水泥中更主要的成分）相比，水泥石可以在更低的温度下生产。该温度至少为100摄氏度（212华氏度）以下，因此水泥石更加经济。然而，它难以研磨且与水反应更慢，这会推迟水泥泥浆的硬化。 Shahsavari认为这些问题阻止了混凝土中基于硅酸盐的水泥的广泛使用，但他的实验室开创了可能带来变革的方法。

含钙、硅和氧的水泥石晶体主要存在两种不同形式：单斜晶、斜方晶。两者在原子级别上具有不同的作用效果。 莱斯大学的研究人员将它们细分成五种不同的多晶晶体。 通过对其进行计算机模拟和高分辨率电子显微镜观察，他们确定了一种单斜晶型，称之为beta-C2S，它是最脆的，同时也可能是最适合低能量制造的水泥。

Shahsavari认为这项研究为具有水泥特性的材料的全方位设计提供了新的见解。他说:“结合原子级别计算和高分辨率电子显微镜，可以获得关于水泥中主要成分物理性质的了解。使基于水泥石晶体的材料像最新应用在 “缺陷工程”中的金属和半导体一样，用来提高材料的可制造性和应用性能。我们预计这将带来节能和环境效益。”

原文链接：Cement gets its close-up.

文献链接：Edge dislocations in dicalcium silicates: Experimental observations and atomistic analysis.

本文由编辑部杨超提供素材，阮英杰编译，朱晓秀审核，点我加入材料人编辑部。