迈向可持续的月球建设：优化用于纳米SiO2改性模拟月球土壤基 geopolymers 的复合碱活化剂，并对其进行宏观和微观结构表征

《Materials》：Toward Sustainable Lunar Construction: Optimization of Composite Alkali Activators for Nano-SiO2-Modified Simulated Lunar Soil-Based Geopolymer with Macro- and Microstructural Characterization

　　

摘要

以月球土壤为基础的地质聚合物是很有前景的原位建筑材料，但它们依赖于从地球运输的碱性活化剂，这限制了其可持续性。本研究开发了一种经过纳米二氧化硅（nano-SiO?）改性的模拟月球土壤基地质聚合物（NS-SLSG），通过优化氢氧化钠（SH）、氢氧化钙（CH）和硅酸钠（SS）的使用量来减少活化剂的需求。采用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、正交试验、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析-差示扫描量热法-衍生热重分析（TG-DSC-DTG）、能量分散X射线光谱（EDS）以及水银侵入孔隙法（MIP）等技术，评估了该材料的元素释放特性、流动性、力学性能和微观结构。实验结果表明，铝（Al）和硅（Si）的浓度对氢氧化钠的用量特别敏感；氢氧化钠和硅酸钠对流动性影响较大，而氢氧化钠和氢氧化钙对力学性能的影响更为显著。添加0.75 wt.% 的纳米二氧化硅后，实验配方的总混合质量减少了23.9%，同时压缩强度和抗弯强度分别提高了26.0%和19.5%，达到36.15 MPa和8.26 MPa。微观结构分析表明，氢氧化钠促进了材料的解聚反应，而氢氧化钙可能增强了钙离子（Ca2?）辅助的聚合过程，从而导致凝胶成分和孔隙结构的变化。这些发现为提高月球建筑材料的资源利用效率提供了一种可行的策略。