低温环境下新型建筑材料的探究
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初中 高中 优秀课题赏析
国际创新大赛优秀课题-材料-1等奖获奖项目
我想研究什么？

小天
今天新闻联播播报新闻：中国南极“泰山站”终于建成。文章介绍到他的主材采用耐低温的09MnNiDR特种钢，使用寿命15年，适合常年年均温度仅-36.6℃的南极。
小天
然而这种材料十分昂贵，若想大范围的应用在南极有一定的难度。是否能有一种在低温下坚固稳定而又价格低廉的建筑材料呢？

课题的背景研究
小天
我在智库中寻找了很久，终于发现了一种新型的低温材料：派克瑞特 (Pykrete)！这种材料是由14%的木屑和86%的水(重量比)构成，低温时具有较高的强度，甚至可以防弹！
能在时事新闻中发现当前科技的不足，并乐于钻研下去，很值得鼓励！
张博

设计研究目标与方案
小天
首先我要学习如何制作派克瑞特材料，并如何测量他的抗压性与抗折性。在此的基础上，观察派克瑞特材料的主要特性，并找到可以尝试的控制变量，来分析不同特性组合材料对派克瑞特抗压性与抗折性的影响。
课题的假设与目标，可以概括为：
通过压力测试，宏观上研究派克瑞特——一种复合材料的特性，并进一步研究派克瑞特的组分配比对其材料特性的影响。
张博

派克瑞特材料的制作步骤记录
小天
查阅了很多资料之后，确定了派克瑞特材料的制作方法。并掌握了如何对建筑材料进行重要的抗压与抗折实验。
下面就是我的凯克瑞特才来的制作步骤记录。

01
将木屑材料倒入混合容器中
02
导入配比好的凝胶
03
将尚未凝固的派克瑞特材料填入抗压强度国际模具中
04
将尚未凝固的派克瑞特材料填入抗折强度国际模具中
05
记录派克瑞特的抗压载荷-位移曲线
06
派克瑞特的抗折载荷-位移曲线

实验结论
抗压强度为12.25MPa (40.8%于混凝土)
抗折强度为 4.86 MPa (108% 于混凝土)

会学、会做、会思考。
制作流程思路很清晰。
张博

改进实验：纤维改性方案等
小天
在论文中我读到：纤维长度决定了复合材料的性能。因此在改进实验中，我首先对纤维长度进行了调整：使用了纤维更长的报纸替代木屑进行实验。
改进实验一纤维改性方案的实验结论：
冰冻报纸的抗压强度为混凝土的73%，有所下降
抗折强度是混凝土的170%，有大幅提高

小天
在得到了纤维长度对派克瑞特材料影响的结论之后，我又进行了如下实验：
相同纤维长度下的，不同凝胶配比制作出的派克瑞特的抗压性与抗折性实验，并得出了有效的实验结果。
实验思路清晰、控制变量妥当、结果准确。
*因部分数据尚未发表论文，不便于全部公开，请见谅。
张博
改进实验：纤维改性方案等
小天
1.本实验为低温环境下的建筑领域提供一种新型复合材料，可以作为低温冷藏实验室的内壁建材，低温保险柜，极地严寒环境的土木工程建设等。
2.利用纤维改性和凝胶改良等方法提高了其力学强度，为材料的不断改进打下了良好的基础。
该课题目前做了宏观意义上的研究。若未来能做到微观上，研究复合材料的性质，就更棒了！
张博


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