グラフェンベースのコーティング戦略による高性能セメント系複合材料の実現：カーボンニュートラルの観点からの展望

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a structured overview of coating methods and their effects on cement composite performance, identifying key research gaps like interface stability and LCA validation.

🏢実務担当者:Suggests potential for improving concrete durability and reducing material use, but cautions about scalability and cost for real-world application.

🏛政策担当者:Carbon-neutrality claims from strength/durability improvements require quantitative LCA; regulatory support for field validation is needed.

グラフェン系ナノシート（GNS）は、グラフェン、酸化グラフェン（GO）、還元酸化グラフェン（rGO）、グラフェンナノプレートレット（GNP）を含み、高性能かつ持続可能なセメント系複合材料の開発に向けてますます注目を集めている。従来の分散戦略と比較して、グラフェン系コーティング戦略は、GNSを臨界界面遷移帯（ITZ）に標的に局在化させることを可能にし、それにより凝集問題を緩和しつつ補強効率を最大化する。本レビューは、物理吸着、化学的アセンブリ、電気泳動堆積、およびin situ成長を含む、セメント系複合材料向けGNSコーティング技術の最近の進歩を体系的に要約する。界面工学、力学性能、耐久性向上、およびスマート機能に対するGNSコーティングの影響について批判的に考察する。既存の研究は、GNSコーティングが、主にITZの緻密化と微細構造の改良を通じて、強度、ひび割れ抵抗性、不透水性、塩化物イオン浸透、凍結融解サイクル、およびその他の劣化プロセスへの抵抗性を向上させ得ることを示している。しかしながら、これらの利点は、コーティング方法、基材の種類、およびカルシウムに富むアルカリ性細孔溶液中でのグラフェン-基材界面の安定性に強く依存する。特に、物理吸着されたGOコーティングは脱着またはCa2+誘発性凝集に悩まされる可能性があり、化学的にアセンブリされたコーティングは実験室規模のシステムを超えたさらなる検証を必要とし、電気泳動堆積は主に導電性基材に適用可能である。さらに、GNSコーティングによって作製された局所的な導電ネットワークは、自己センシング、電磁シールド、および電気熱性能などの多機能特性を促進する。カーボンニュートラルの観点から、力学性能と耐久性の向上は、材料消費量の削減、耐用年数の延長、およびライフサイクル炭素排出量の低減の機会を提供する。それにもかかわらず、それらのカーボンニュートラルへの貢献は、強度や耐久性の向上のみから直接推定されるのではなく、定量的なライフサイクルアセスメントを通じて検証されるべきである。最後に、大規模実装、長期的安定性、費用対効果、および現場規模での検証に関連する残された課題について考察する。既存の証拠のほとんどが、供用環境に曝露された実構造要素ではなく、実験室規模の供試体から得られているという事実に特に注意が払われる。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Graphene-based nanosheets (GNS), including graphene, graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), and graphene nanoplatelets (GNPs), have attracted increasing attention for developing high-performance and sustainable cementitious composites. Compared with conventional dispersion strategies, graphene-based coating strategies enable the targeted localization of GNS at critical interfacial transition zones (ITZs), thereby maximizing their reinforcing efficiency while mitigating agglomeration issues. This review systematically summarizes recent advances in GNS coating technologies for cementitious composites, including physical adsorption, chemical assembly, electrophoretic deposition, and in situ growth. The effects of GNS coatings on interfacial engineering, mechanical performance, durability enhancement, and smart functionalities are critically discussed. Existing studies indicate that GNS coatings can improve strength, crack resistance, impermeability, and resistance to chloride ingress, freeze–thaw cycles, and other degradation processes mainly through ITZ densification and microstructure refinement. However, these benefits are strongly dependent on the coating method, substrate type, and stability of the graphene–substrate interface in calcium-rich alkaline pore solutions. In particular, physically adsorbed GO coatings may suffer from desorption or Ca2+-induced aggregation, chemically assembled coatings require further validation beyond laboratory-scale systems, and electrophoretic deposition is mainly applicable to electrically conductive substrates. In addition, localized conductive networks created by GNS coatings facilitate multifunctional properties such as self-sensing, electromagnetic shielding, and electrothermal performance. From a carbon-neutrality perspective, the improvements in mechanical properties and durability provide opportunities to reduce material consumption, extend service life, and lower life-cycle carbon emissions. Nevertheless, their carbon-neutral contribution should be verified through quantitative life-cycle assessment rather than inferred directly from strength or durability enhancement alone. Finally, the remaining challenges associated with large-scale implementation, long-term stability, cost-effectiveness, and field-scale validation are discussed. Particular attention is given to the fact that most existing evidence is derived from laboratory-scale specimens rather than real structural elements exposed to service environments.

• openalex https://doi.org/10.3390/su18147044first seen 2026-07-13 05:38:59