陶瓷材料在建筑领域无处不在。水泥、砖、瓦等建筑材料或瓷器等电绝缘体都是我们日常生活中依赖的陶瓷产品。这些陶瓷是通过一种称为烧结的方法制造的，即通过施加压力或温度将粉末状固体变成硬化物质的过程。大多数烧结过程涉及的温度超过 1000֯C，这使得该方法非常耗能。此外，高温也使得碳酸盐、氢氧化物等原料的烧结变得困难，因为它们在高温下容易发生热分解。

碳酸镁和氢氧化镁由于其热力学稳定性和硬化或烧结能力（如熟石灰灰泥）而成为建筑材料的新兴候选者。然而，这些材料不能使用传统的烧结工艺进行烧结，因为它们会发生热分解。然而，人们对这些材料如何与称为冷烧结的温和技术发生反应知之甚少。为了弥补这一研究空白，V体育的 Shinobu Hashimoto 教授和 Keitaro Yamaguchi 先生组成的研究小组研究了 Mg-C-O-H 系统通过冷烧结过程（或 CSP）硬化的机制。他们的研究结果总结在 2022 年 4 月 21 日在线发布的一项最新研究中，并发表在2022 年 8 月 1 日。

光热发电因其能源依赖性低而近年来受到欢迎。该过程模仿地壳中发生的沉积岩形成过程，允许在数百兆帕的压力下但在较温和的温度（例如 300°C）下发生凝固。^◦C 或更低。这使得该过程的能源密集度较低，非常适合制造热分解温度较低的建筑材料。

"碱式碳镁酸盐或菱镁矿，除了用作结构材料外，还被提议用作碳存储材料。 但是m由于生产过程中的水合作用和烧结过程的高温热解的影响，菱镁矿很难像常规工业方法那样生产，”桥本教授解释道。“我们的研究旨在了解 Mg-C-O-H 体系是否可以进行理想的凝固成建筑 通过 CSP 的陶瓷."

该团队使用氢氧化镁和碱性氢氧化镁粉末作为陶瓷前体，水作为溶剂。他们将前者加热到 250^◦C 和后者 150^◦C，含有10质量％的水，在270兆帕斯卡(MPa)的压力下，每次一小时。他们发现，固化氢氧化镁的抗压强度和相对密度值分别为 121 MPa 和 84%，而固化碱式碳酸镁的值分别为 275 MPa 和 88%。研究小组还发现，水在促进 CSP 过程中粉末致密化所必需的溶解沉淀反应方面发挥着重要作用。这种现象确保了在较低温度下烧结形成固体块。

这项研究的结果为烧结提供了新的视角，烧结通常被认为是高温高能过程。 CSP不仅允许陶瓷制造易热分解的材料，而且还可以通过控制固化产品的微观结构来确保优异的结果。

"建筑业是能源的主要消费者之一，其排放的二氧化碳占全球能源相关二氧化碳的 38%₂排放。通过我们的研究，我们的目标是朝着建设更加可持续和绿色的建筑材料制造的未来更近一步”，桥本教授总结道。

CSP 在碳捕获和封存方面的适用性
CSP 模拟地壳中的沉积岩形成过程，促进碱式碳酸镁和氢氧化镁粉末的凝固。它可以用作捕获和储存二氧化碳并将其用于制造建筑材料的方法
图片来源：V体育的 Shinobu Hashimoto

参考

原始论文标题	Mg-C-O-H体系的冷烧结
期刊	国际陶瓷
DOI
最新文章发布日期	2022 年 8 月 1 日

关于日本V体育 Shinobu Hashimoto 教授

博士。 Shinobu Hashimoto 是 NITech 生命科学和应用化学系的教授和研究人员。他在V体育工学部获得学士、硕士和博士学位。 Hashimoto 教授撰写了 140 多篇出版物，被引用 1190 次，H 指数为 17。他的专业领域包括无机、复合材料及其表面和界面工程。桥本教授和他的团队目前正在研究矿物学、了解晶体结构并开发先进的陶瓷制造方法。

资金信息

这项研究得到了 JST SPRING 的支持，拨款号为 JPMJSP2112。

联系方式

桥本忍教授
电话：+81 52 735 5291
电子邮件：hashimotoshinobu[at]nitechacjp
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