北京
一种常用于赋予冰淇淋绵密质感的生物聚合物，能够改善天然泥土材料的3D打印适性和强度。
科学家们找到了一种将普通生物聚合物转化为高科技、可3D打印建筑材料的方法。
秘密成分是海藻酸钠——正是这种从海藻中提取的生物聚合物，让冰淇淋口感绵密，也让爆爆珠富有弹牙的脆感。
由科罗拉多大学博尔德分校和哥伦比亚大学研究人员主导的一项新研究表明，只需向当地黏土和沙子中添加极少量的这种食品级成分，就能让混合物变得极其顺滑，非常适合3D打印，并且最终成型的结构异常坚固。
研究发现，海藻酸钠会改变黏土颗粒所带的电荷，使它们相互排斥，从而让混合物保持稳定，并能顺畅地流过3D打印机的喷嘴。
“从白蚁丘到土坯建筑，人类和动物自古以来就在用泥土建造，”土木、环境与建筑工程系教授威尔·斯鲁巴尔说，“但对于泥土建造者如何设计材料，相关的科学研究并不多。因此，我们希望借助科学知识和工具来理解它。”
让混凝土靠边站
为了改变这一现状，团队从大自然中寻找灵感。白蚁、黄蜂和巢沙蚕都能建造出复杂且耐久的构造，而它们连一袋混凝土都没用。这些结构是利用它们唾液中含有的生物分子将泥土粘合在一起。
研究人员测试了五种不同的天然粘合剂，包括黄原胶和瓜尔胶等日常厨房增稠剂。它们大多像强力胶水一样作用，将土壤紧紧粘合在一起，结果却堵塞了3D打印机。
海藻酸钠的作用恰恰相反。它不像胶水那样粘合，而是改变了黏土颗粒所带的电荷，使它们像磁铁同极相斥一样互相排斥。颗粒毫不费力地彼此滑过，流动时像液体，凝固后却坚硬如石。
值得注意的是，只需向从科罗拉多采石场挖来的生土中添加0.12%的海藻提取物，就解锁了这一理想配方。这种新混合物比普通泥土的打印速度快33%，并且能承受的压力高出25%。
测试中展现出巨大潜力
为了验证这一点，团队打印了一堵8毫米（0.3英寸）厚的薄墙，墙体以60度角向外倾斜，却能稳稳地立住。相比之下，这个倾斜度远比比萨斜塔还要陡峭。
其环境意义也十分巨大。建筑工地在开挖地下室和地基时，通常会挖出成吨的土壤。目前，这些泥土大多被卡车运往填埋场。而这种新方法让建造者可以在现场直接回收利用这些废弃物，将令人头疼的处置难题转变为结构稳固的墙体。
此外，泥土墙还是天然的空气调节器，能调节室内湿度、捕获污染物，并隔绝极端的冷热。
由于黏土和沙子随处可得，这项技术可以在任何地方应用，用我们脚下的土地取代沉重、高碳排放的混凝土。
虽然本研究主要解决的是可打印性问题，但研究人员指出，他们建立的框架现在可以用来测试其他天然生物聚合物。这为发现新的有机添加剂打开了大门，有望进一步最大化3D打印泥土结构的强度和长期耐久性。
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