利用海洋原料制备镁泡沫

德国亥姆霍兹中心 Hereon 的研究人员首次成功制备出完全基于天然海洋原料的镁泡沫。在这一工艺中，无需使用任何有毒添加剂，而是直接采用食品工业废弃的磨碎牡蛎壳粉作为发泡剂。所得镁泡沫不仅适用于汽车制造等多种工程场景，还可以实现完全回收。相关成果已发表在期刊《Discover Materials》上。

牡蛎壳废弃物的再利用

牡蛎壳是全球食品产业产生的大宗废弃物，目前大多被填埋或直接倾倒入水体。Hereon 材料与工艺设计研究所的团队提出了一种新途径，将这些原本被丢弃的壳体转化为可持续利用的资源，用于制备新型金属泡沫材料。

发泡机理：碳酸钙生成气泡

研究人员将磨碎的牡蛎壳粉掺入镁钙合金中，并在熔炉中进行熔炼。牡蛎壳的主要成分是碳酸钙（即石灰石），在高温条件下会发生分解反应，释放出二氧化碳（CO₂）。

生成的 CO₂ 在粘稠的金属熔体中形成并滞留为气泡，从而产生泡沫结构。随后熔体冷却硬化，形成具有均匀孔隙分布的金属泡沫，CO₂ 被封存在这些孔隙之中。该新型镁泡沫的特点在于：生产过程可持续、材料完全可回收、密度极低且具备多用途潜力。

支持循环经济的材料概念

这一材料体系契合可持续循环经济的理念。所有原料均可追溯到海洋：牡蛎壳粉来自海洋养殖并供食品工业使用的牡蛎，而镁和钙则是海水淡化过程中的副产品。

Hereon 材料科学家、论文合著者 Hajo Dieringa 博士指出，当材料达到使用寿命终点时，可以重新回到海洋环境中，在水中自然溶解。研究团队已在实验室中利用人工海水对这一过程进行了验证。

与海洋生态系统的兼容性

为评估材料对海洋生态的影响，材料研究人员与 Hereon 海岸环境化学研究所合作开展了联合研究。海岸研究员 Daniel Pröfrock 博士通过化学分析表明，将镁泡沫重新投入海洋不会带来明显负面效应，例如不会释放出可能作为原料杂质存在的有毒金属。

Dieringa 补充称，在真正意义上的闭环回收体系中，这类材料通常会被重新熔化，用作新镁合金的原料，从而实现多轮循环利用。

多孔结构带来的能量吸收能力

镁泡沫的多孔结构赋予其独特的力学性能：

• 材料具有较高的可成形性，便于加工成复杂形状；
• 能够吸收大量冲击能量，具备优良的缓冲与防护特性。

因此，该材料特别适合用于轻量化且需要减震或吸能的部件，例如车辆缓冲区的结构件。

未来研究方向与应用前景

Dieringa 表示，团队希望在兼顾技术性能的同时，强化环境责任，包括保障镁等关键金属的可持续供应。未来，他们计划在其他合金体系上开展更多发泡实验，并尝试加入回收碳纤维以稳定熔体，从而更精确地控制泡沫形成过程并优化孔隙结构。

研究人员还看好该材料在造船、航空以及防护服装（如安全背心、防护护具）等领域的应用前景。这些领域普遍要求材料具有低重量和高能量吸收能力，镁泡沫正好契合这一需求。