莱斯大学（RiceUniversity）的科学家们已经开发出了微米大小的硅酸钙球体，这种球体可以制成更坚固、更环保的混凝土，这是世界上最常用的合成材料。
对水稻材料科学家鲁兹贝赫沙瓦萨里（RouzbehShahsavari）和研究生黄崇勋(SungHoonHwang)来说，这种球体代表了可以以低成本制造的建筑材料，并有望减轻目前用于制造水泥(混凝土中最常见的粘合剂)的能源密集型技术。
研究人员在一种常见的类似清洁剂的表面活性剂的纳米级种子周围的溶液中形成了球体。与普通硅酸盐水泥相比，这些球体可以自动组装成更坚固、更硬、更有弹性、更耐用的固体。
“水泥没有最好的结构，”沙瓦萨里说，他是材料科学和纳米工程的助理教授。“水泥颗粒是无定形和无序的，这使得它很容易产生裂缝。但有了这种材料，我们知道我们的极限是什么，我们可以在球体之间引入聚合物或其他材料，从下到上控制结构，更准确地预测它如何断裂。他说，这种球体适用于骨组织工程、绝缘、陶瓷和复合材料以及水泥。这项研究发表在美国化学学会期刊《朗缪尔》上。
这项工作以沙瓦萨里和黄崇勋在年的一个项目为基础，该项目旨在开发具有多孔、微观硅酸钙球体的自愈材料。这种新材料不是多孔的，因为固体硅酸钙外壳包裹着表面活性剂种子。
但和之前的项目一样，它的灵感来自于不同材料之间的自然协调，尤其是珍珠母(珍珠母)，贝壳的材料。珍珠的强度是硬的无机血小板和软的有机血小板交替作用的结果。因为球体模仿这种结构，它们被认为是仿生的。
研究人员发现，他们可以通过操纵表面活性剂、溶液、浓度和制造过程中的温度来控制直径在到纳米之间的球体的大小。沙瓦萨里说，这样就可以对应用程序进行调优。
沙瓦萨里说:“这些都是非常简单但通用的构建模块，是许多生物材料的两个关键特性。”“它们使合成材料具有先进的功能。在此之前，人们曾试图制造用于复合材料的血小板或纤维积木，但这一工程使用球体来制造坚固、坚韧和适应性强的仿生材料。
“球体形状很重要，因为它们更容易合成、自组装和从化学和大规模制造的角度放大。”
在测试中，研究人员使用两种常见的表面活性剂来制造球体，并将它们的产品压缩成小球进行测试。他们了解到，与CTAB微丸或普通水泥相比，基于dtab的微丸压实效果最好，硬度更高，弹性模量也更高。他们还表现出高电阻。
鲁兹贝赫沙瓦萨里沙瓦萨里说颗粒的大小和形状对混凝土等散装材料的力学性能和耐久性有重要影响。他说:“有一些你可以控制的东西是非常有益的，而不是一种材料是随机的。”“此外，我们还可以将不同直径的球体混合，以填补自组装结构之间的空隙，从而提高填料密度，从而提高机械性能和耐久性。”
他说，提高水泥的强度可以减少水泥的使用量，不仅可以减少水泥的重量，还可以减少水泥生产所需的能源和碳排放。因为球体比普通水泥中的参差不齐的颗粒更有效地填充，因此产生的材料将更耐水和其他污染物的有害离子，并且需要更少的维护和更少的更换。
