為什么水泥和牙膏會變硬

□大科技

有的人或許已經(jīng)知道配了水的水泥隨時間變長而變硬的原因。水泥主要由鈣的硅酸鹽和鋁酸鹽等化合物混合而成，而當(dāng)水泥遇到水，這些水泥小顆粒就會與水分子結(jié)合，然后膨脹，顆粒間的間隙也就隨之減小。時間一久，顆粒間多余的水分被蒸發(fā)，顆粒之間也就越來越近，最后連在了一起，水泥也就隨之變硬。

糊狀水泥過段時間就會變硬

不過，科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)，水泥之所以變硬，里面還有更深層次和更普遍的原因，其中的原理還適用于牙膏、油漆和黏土等物質(zhì)。

顆粒之間緊密連接的原理

來自美國和法國的研究人員合作進行實驗，他們發(fā)現(xiàn)水泥、牙膏和二氧化硅等材料物質(zhì)的硬度之所以會增加，是由于它們各自顆粒之間的相互接觸并“連”在一起，從而使物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。不過，這些顆粒為什么會連在一起？

研究人員發(fā)現(xiàn)，發(fā)生粒子接觸控制的原因是那些顆粒攜帶著離子。攜有離子的顆粒會帶有正電荷或負電荷，然后這些帶電顆粒會根據(jù)“帶相反電荷的粒子會相互吸引”的原理，相互吸引并連在一起，同時形成穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)。

如今，我們已經(jīng)知道水泥和牙膏等物質(zhì)變硬的原因。只是這個原理看起來似乎有些簡單，那科學(xué)家們?yōu)槭裁匆ㄟ@么大力氣去探究它？他們知道水泥和牙膏等物質(zhì)變硬的背后原理有什么用處？

應(yīng)用這一原理解決實際問題

科學(xué)家們可以利用顆粒之間緊密連接的這一原理，來預(yù)測材料物質(zhì)的性能。對于諸如水泥之類的材料物質(zhì)，我們希望知道它們變硬到了何種程度；而對于油漆和牙膏等物質(zhì)，我們則希望知道它們還有多久就完全變硬了(油漆變硬會脫落，牙膏變硬會難以使用)。但由于種種原因，我們無法對這些情況進行準確的預(yù)測。所以，科學(xué)家們打算利用這一原理來建立一個模型，以幫助人們更好地預(yù)測材料物質(zhì)的變化。

另外，科學(xué)家還可以根據(jù)這一原理，往材料物質(zhì)里添加某些化學(xué)物質(zhì)，以防止材料物質(zhì)變硬和提高性能。事實上，人們早已經(jīng)在不知不覺中這么做了。例如，制造商往牙膏里添加保濕劑，保濕劑里的分子阻止了牙膏顆粒之間的相互接觸，從而防止牙膏變硬。不過科學(xué)家們打算將這一原理應(yīng)用到牙膏、油墨和油漆等更為廣泛的材料物質(zhì)當(dāng)中，以提高它們的整體性能，并使由這些材料物質(zhì)制作的東西壽命更長一些。

研究糊狀材料為何變硬的美國教授埃里克·弗斯特