地质聚合物

地质聚集物是无机物，通常是陶瓷、铝硅酸盐，形成长程、共价键合的非结晶（无定形）网络。黑曜石（火山玻璃）碎片是一些地质聚合物混合物的组成部分。

商业生产的地质聚合物可用于防火和耐热涂料和粘合剂、医药应用、高温陶瓷、用于耐火纤维复合材料的新型粘合剂、有毒和放射性废物封装以及用于混凝土的新型水泥。

许多科学和工业学科正在探索地质聚合物的特性和用途：现代无机化学、物理化学、胶体化学、矿物学、地质学和其他类型的工程过程技术。

地质聚合物领域是高分子科学、化学和技术的一部分，构成了材料科学的主要领域之一。

聚合物要么是有机材料，即碳基，要么是无机聚合物，例如硅基。有机高分子包括天然高分子（橡胶、纤维素）、合成有机高分子（纺织纤维、塑料、薄膜、弹性体等）和天然生物高分子（生物学、医学、药学）。

合成硅基聚合物所用的原料主要是地质成因的成岩矿物，故名：地质聚合物。

地质聚合物可分为两大类：纯无机地质聚合物和有机物地质聚合物，天然存在的大分子的合成类似物。

地质聚合物本质上是一种矿物化合物或由重复单元组成的化合物的混合物，例如氧化硅 (-Si-O-Si-O-)、硅铝酸盐 (-Si-O-Al- O-)，铁硅铝酸盐 (-Fe-O-Si-O-Al-O-) 或铝磷酸盐 (-Al-O-P-O-)，通过地质聚合过程产生。

地质聚合物的微观结构本质上取决于温度：它在室温下是 X 射线无定形的，但在 500 °C 以上的温度下会演变成结晶基质。

可以区分两种合成路线：在碱性介质中（Na+、K+、Li+、Ca2+、Cs+等）； 含磷酸、植物提取物有机羧酸（醋酸、柠檬酸、草酸和腐殖酸）的有机酸介质。

在 1950 年代，开发了最初以土壤硅酸盐混凝土和土壤水泥名称为人所知的混凝土材料。

对于化学家

地质聚合体由聚合物 Si-O-Al 骨架组成，类似于沸石。与沸石的主要区别是地质聚合物是无定形的而不是结晶的。通过 TEM 观察到的纳米级地质聚合物的微观结构包括小的铝硅酸盐簇，孔隙分散在高度多孔的网络中。团簇大小在 5 到 10 纳米之间。

对于地质聚合物材料化学家

该反应产生 SiO4 和 AlO4，四面体框架由共享氧连接，如聚（唾液酸）或聚（唾液酸-硅氧）或聚（唾液酸-二硅氧），具体取决于系统中的 SiO2/Al2O3 比率。

四面体框架的连接是通过远程共价键发生的。因此，地质聚合物结构被视为由半结晶 3-D 铝硅酸盐微结构组成的致密非晶相。

对于碱水泥科学家

地质聚合物是由四面体铝硅酸盐单元缩合产生的骨架结构，碱金属离子平衡与四面体 Al 相关的电荷。通常，地质聚合物由两部分混合物合成，由碱性溶液（通常是可溶性硅酸盐）和固体铝硅酸盐材料组成。

地质聚合发生在环境温度或略微升高的温度下，其中固体硅铝酸盐原料在碱性溶液中的浸出导致浸出的物质从固体表面转移到生长的凝胶相中，随后凝胶相成核和凝结成 形成固体粘合剂。

对于地质聚合物陶瓷化学家

虽然如果在标准压力和温度下固化，地质聚合物通常是 X 射线无定形的，但它会转化为结晶陶瓷相。