一提到“黏土”，你是否立刻想起童年时光里，用泥巴捏出泥人、灶台、飞机坦克等各种“自制玩具”的欢乐情景？或是课本与博物馆中，那些造型精美、历史厚重的陶器与泥塑？也许是陶艺店里亲手制作的小茶壶、陶杯，亦或是我们日常生活中熟悉的止泻药蒙脱石散？
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图1 童年时期用泥巴捏的“自制玩具”；博物馆中的陶瓷展品；泥塑作品；陶艺店DIY手作茶壶
但你知道吗？黏土这种看似普通的天然材料，其实早已悄然走入高科技领域，变身为医学、能源、材料科学等前沿科技的“多面手”，有了很多高科技的玩法。
01
古代的推测与宗教信仰
在人类文明的早期，地球的起源和年龄一直笼罩着神秘的面纱。古人通常借助神话、宗教和传统故事来解释这些问题。例如，中国神话中讲述盘古开天辟地；印度教中提及梵天造宇宙；而古埃及传说则讲太初之水孕育出诸神。
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图：盘古开天辟地（《三五历纪》记载：天地浑沌如鸡子，盘古生其中。万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地。盘古在其中，一日九变，神于天，圣于地。天日高一丈，地日厚一丈，盘古日长一丈，如此万八千岁。天数极高，地数极深，盘古极长，后乃有三皇。数起于一，立于三，成于五，盛于七，处于九，故天去地九万里）
在西方基督教文化中，《圣经·创世记》描述了上帝用六天创造天地万物的过程。对当时的人们来说，地球是神圣而永恒的，因此“科学”地测定其年龄显得匪夷所思。
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在这种背景下，科学与信仰的边界显得模糊不清。
17世纪，爱尔兰大主教詹姆斯·乌雪（James Ussher）试图通过圣经文本为地球“定年”。他详细考察了《旧约》中的人物世系和年限，以新巴比伦国第三任君主以未米罗达的登基为基准（即公元前563年），再加上一些天文历法的知识，统一了《圣经》与正史的时间线得出了一个，他自认为“精确无比”的结论-世界是在公元前4004年10月23日的夜晚被创造出来的。这一计算获得了当时许多神学家的支持，甚至一度成为欧洲主流的地球年龄观，在教堂和学院中被当作真实的历史依据而普遍接受。
黏土是天然的“纳米材料”！
黏土是一种颗粒极细（通常小于2微米）的天然矿物质，主要由硅酸盐类矿物组成，如高岭土、蒙脱石、伊利石等。它通常由岩石在长期风化作用下，经由雨水、河流、风力等自然过程慢慢形成。
黏土矿物的独特之处在于其纳米级的晶体结构。它的基本构造单元是硅氧四面体（SiO₄）与金属氧八面体（MO₆），两者以不同方式组合形成多种层状结构。
例如：高岭石是“1:1型结构”，即一个四面体片连一个八面体片；蒙脱石和伊利石是“2:1型结构”，两个四面体片夹一个八面体片；更复杂的如凹凸棒石，则呈链状层结构。
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图2 黏土矿物的结构单元和几种典型黏土矿物的微观形貌
正是这种多样化的晶体结构，使得黏土矿物在形貌上呈现出片状、棒状、管状、纤维状等多种形式，具备丰富的结构维度与物理特性。此外，黏土矿物因其优异的物理化学性质，已经被广泛应用于环境治理、药物控释、催化载体、吸附剂与纳米复合材料等领域，有了很多高科技的玩法。
黏土能止血？
创伤救治中的神奇材料！
急性创伤时，失血过多是导致死亡的主要原因，快速止血在院前治疗中的成功至关重要。传统止血材料往往存在生物相容性差、止血慢、易引发炎症等问题。于是，科学家将目光投向了具有天然止血性能的——黏土矿物。
黏土矿物就像一块“聪明的吸水海绵”，它能迅速吸附并包裹住血液中的红细胞和血浆成分，促进血液凝固。同时，它的表面基团还像是一个“加速开关”，能激活血小板启动凝血机制，从而帮助身体更快地止住血。例如，高岭石负载氧化铁的复合材料在急性出血的止血应用中展现了良好的效果。高岭石能够刺激血小板, 促进凝血机制反应,而氧化铁则有助于增加红细胞聚集,二者协同作用能够显著提高止血效率。
此外，有研究开发出一种由高岭石和高分子长链制成的纤维膜，这个纤维膜上不仅具备蓬松的纤维结构和亲水的表面，还拥有大量可以帮助凝血的“活性点”。这种独特的结构让它在止血时比一般止血材料更快、更有效。
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图3 黏土矿物在止血中的应用；高岭土复合材料在止血中的协同作用机制（a）；静电纺丝法制备的高岭石-聚乙烯吡咯烷酮合纤维膜止血功能（b）
黏土还能“饿死”肿瘤？
抗癌治疗的纳米利器！
随着癌症治疗对精准性与副作用控制的要求提高，传统癌症治疗手段正面临诸多挑战，例如药物耐受、非特异性毒副作用以及疗效不佳等问题。而黏土矿物独特的层状结构和良好的生物相容性，为药物递送系统提供了理想载体。
黏土矿物就像是“药物快递员”，能把抗癌药物打包送到肿瘤“家门口”，并控制释放时间，确保药效集中、减少副作用。此外，它还能通过调节肿瘤微环境中的pH值和电导率，抑制癌细胞的生长与转移，这也为癌症治疗开辟了新的策略。
例如，有研究发现，蒙脱石遇到药物后会“鼓起来”，结构变松、带电方式也改变了，这种变化能帮助它在血管里形成堵塞，用于切断肿瘤供血，从而“饿死”肿瘤。不仅如此，另一项研究表明，向高岭石中掺入碘化钾，不仅改变了其表面电荷，还增强了颗粒的均匀聚集能力。这一简单策略显著提升了高岭石的载药能力，使其更容易富集于甲状腺组织，从而提升治疗效果。研究结果显示，这种复合材料制成的抗癌药物在原发甲状腺肿瘤治疗中，肿瘤抑制率超过90%。
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图4 黏土矿物在癌症治疗中的应用；吸附细胞色素c的蒙脱石对结肠癌细胞的体外细胞毒性作用（a）;高岭石药物递送系统促进间变性甲状腺癌的内吞作用和靶向治疗（b）
黏土矿物
我也是妥妥的抗肿瘤小战士！
黏土也能造电池？
新能源科技中的潜力股！
你可能很难想象，黏土也能应用在高端电池和能源储能领域。事实上，像蒙脱石、高岭石、埃洛石这类层状黏土矿物，因其优异的亲水性、高离子电导率、丰富的活性氧位点、多孔结构以及良好的化学稳定性，已成为新一代储能材料的“潜力股”。它们可以被用作电池的隔膜、固态电解质、电极材料，甚至是电解质添加剂，在锂电池尤其是锂硫电池中展现出巨大价值。比如有一项研究，把钴和氮加入特殊碳材料中，再结合“锂化”黏土，做出了超能工作电极，大大提升了电池容量和使用寿命。此外，如高孔隙率和高热稳定性使其还可用作锂离子电池隔膜材料。看似普通的黏土，竟能在电池科技中扮演如此重要的角色，推动下一代能源技术迈向更高台阶。
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图5 Co/N-C@Li-MMT的合成示意图及其在锂硫电池中的应用（a）；对称电池结构的示意图（b）
黏土还能“动”起来？
智能响应材料新玩法！
在智能响应材料与软体机器人领域，黏土矿物也有自己的用武之地！图6a展示的是一种天然黏土矿物构建的智能响应材料系统，由蒙脱石（M）、蛭石（V）和葫芦脲（CB）共同组成，形成了一个具有主-客体重构结构的双层膜系统（MVCB）。这个材料系统就像一块“变形泥皮”，能感受到湿度、温度和光照的变化，并做出弯曲、收缩等动作，实现开关切换。在图的右上部分，可以看到蒙脱石（M）和蛭石（V）通过超分子客体葫芦脲（CB）连接形成了不对称层状结构。由于蒙脱石和蛭石在吸湿性、热膨胀性以及层间水释放速率等方面的物理特性存在显著差异，因此当环境变化时（如湿度、溶剂浓度、温度、光照），该系统表现出多刺激响应行为。当环境湿度或溶剂浓度升高时，材料因M侧和VCB侧膨胀能力不同发生定向弯曲；在温度升高或光照增强时，由于M侧和VCB侧对热的响应不同，也会导致膜条发生方向性的弯曲，实现“开/关”状态切换。这种智能材料不仅能够实现“开关”切换功能，还可以用于软体夹持、仿生驱动系统，如模拟捕蝇草进行捕捉昆虫和智能机器人部件等多种高技术领域应用，是黏土矿物材料在智能功能材料领域的一个代表性高级“玩法”。
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图6 基于蒙脱石（M）、蛭石（V） 和葫芦脲 （CB）主客体重构构建的天然黏土矿物智能系统MVCB（a）；捕蝇草捕捉昆虫的闭合示意图（b）；MVCB系统仿捕蝇草抓取昆虫的原理（c）；MVCB系统在智能机器人部件中的应用（d）
黏土，早已不是
“玩泥巴”这么简单！
它曾是孩童手中的玩具，是陶艺师掌中的泥团，如今却走进实验室，化身止血剂、抗癌利器、智能材料，甚至成为新能源电池中的核心材料。黏土矿物，正一步步打破我们对它的刻板印象。作为一种拥有复杂层状结构的天然矿物材料，它正在引领一场关于“土”的科技革命。所以下次你再看到“捏泥人”或DIY陶瓷杯时，不妨思考一个问题：你手中的那团泥，是否也有更高级的“玩法”，是否蕴藏着改变未来的力量？
参考文献
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来源：石头科普实验室
编辑：千里雁啼
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