多孔介质中蒸发诱导的溶胶-凝胶转变

由多孔材料制成的历史遗迹、户外石雕与艺术品随时间遭受化学与物理退化。目前，加固弱化多孔材料最有前景的途径是注入聚合化合物的粘弹性溶液。这些化合物在注入后，通过溶剂蒸发在多孔介质内部发生溶胶-凝胶转变。寻找合适的凝胶化溶液作为加固剂需要理解粘弹性流体在多孔介质中的干燥动力学。在此，我们呈现对溶胶-凝胶转变期间溶液干燥动力学的多尺度研究。我们利用 NMR 与 X 射线显微断层扫描技术研究了多孔材料中凝胶的干燥动力学及后续吸水过程。我们发现干燥过程中形成一个明显的前缘，将液相区与凝胶区隔开。该前缘从蒸发的自由表面向石材内部推进。我们辨识出不同的干燥阶段，其似乎依赖于多孔介质的本征性质，并强烈影响处理后石材内最终凝胶分布的均匀性。我们的发现不仅与多孔艺术品加固相关，也适用于土木与土壤工程过程——其中所考虑的流体通常比水更为复杂。