地質聚合物(Geopolymer)屬於高分子科學、化學、地質學和工程技術領域。一般來說，聚合物可以指有機材料，即碳基聚合物，也可以指無機聚合物，例如矽基聚合物。有機聚合物包括天然聚合物、合成有機聚合物和天然生物聚合物。合成矽基聚合物所用的原料主要是造岩礦物，因此得名地質聚合物。

地質聚合物可以被定義為兩大類:

• 純無機及含有機物的地質聚合物；
• 天然存在的大分子合成地質聚合物的類似物。

地質聚合物本質上是由礦物化合物或由重複單元組成的化合物的混合物，例如氧化矽（-Si-O-Si-O-）、鋁矽酸鹽（-Si-O-Al-O-）、鋁鐵矽酸鹽（-Fe-O-Si-O-Al-O-）或鋁磷酸鹽（-Al-O-P-O-）等。

常見的無機性地質聚合物如皂土(Bentonite)、球黏土(Ball Clay)主要都含有蒙脫石(Montmorillonite)。

上述兩種主要的地質聚合物合成方式；

• 鹼性合成；Na⁺, K⁺, Li⁺, Ca²⁺,Mg²⁺, Cs⁺ 等(木質素、矽酸鎂鋰)；
• 酸性合成；磷酸以及來源於植物抽提物的有機羧酸（乙酸、檸檬酸、草酸、聚羧酸和腐植酸）。

其中，鹼性合成路線在研發和商業應用方面最為廣泛，常見將鹼性合成後再經磺化安定後的木質素(Ligninsulfonate分子量為1,000~30,000)。

因為全球性的碳稅開徵，當今減少碳排放的議題是所有工業生產的首要目標。在耐火材料產業，為實現這一壯舉的一種方法是用替代材料來取代鋁酸鈣水泥 (CAC) 的黏合劑添加。CAC是一種快硬水泥，為耐高溫和耐腐蝕性物質，因為這些特性使得 CAC 成為不定形耐火材料的良好黏合助劑。

然而，為了製造 CAC，需將含石灰材料與含鋁、矽材料發生高溫反應，會產生大量的碳排放。此外，CAC 做為耐火材料的黏結助劑，在過程中必須經過嚴格控制的乾燥過程，這會涉及高能耗和巨大的財務成本。

在產業研究人員不斷探索下，利用各種不含水泥的有機和無機黏合劑來取代CAC成為耐火物的黏合助劑，在這些替代品中，地質聚合物已成為最具有前景的選擇。

地質聚合物中除了有機的木質素外，另一類是無機鋁矽酸鹽材料，它是由尺寸為 5 ~ 40 nm 的奈米顆粒所組成，具有良好的聚合特質。使用地質聚合物作為耐火黏合劑的優點包括快速凝固、降低乾燥時膨脹炸裂的風險以及優化低溫和高溫下的機械性能。此外，無機型地質聚合物可以在較低溫度下由工業廢棄物和副產品來合成。

2023 年 9 月，CTT 報告了巴西聖卡洛斯聯邦大學研究人員設計出的一種新型地質聚合物組合物。他們的地質聚合物源自於偏高嶺土，偏高嶺土是黏土礦物高嶺石的脫羥基形式，並使用幾種不同的含鹼性矽酸鹽的液體試劑合成。

研究人員使用鈉基液體試劑合成的地質聚合物表現出最理想的性能，與CAC 粘結高鋁澆注料相比，地質聚合物粘結高鋁澆注料表現出更快的凝固時間和更高的彎曲強度。

然而，這些上述結果只是初步的研究，因為商業化耐火材料成分「本質上比本研究中研究的材料更複雜，它們同時含有細骨材和粗骨材」研究人員寫道。在這項研究中，該實驗澆注料僅含有細骨材。

研究人員在論文的最後表示，他們計劃更進一步去探索地質聚合物黏合劑在細骨材和粗骨材存在下的表現如何。現在，他們在《歐洲陶瓷學會雜誌》上發表了一篇新論文，他們合成了高鋁澆注料，用含鈉地質聚合物黏合劑部分或完全取代了傳統的 CAC 黏合劑並進行了各種測試以確定黏結劑選擇對加工參數以及所得耐火材料的熱性能和機械性能的影響。

研究人員從他們的測試結果中得出了以下的結論：

1.觸變(流變)性：澆注料中地質聚合物黏合劑的重量百分比越高，則需要越大量的液體以促進該組成物的混合。

2.抗彎強度：地質聚合物和 CAC 黏合劑透過不同的機制賦予澆注料抗彎強度。在含有 CAC 和地質聚合物黏合劑混合物的澆注料中，傳統的水泥水化過程會受到抑制而降低，而地質聚合在乾燥過程中得到增強。

3.微觀結構：在加工過程中，地質聚合物黏合劑形成液相，冷卻後呈現玻璃化。這種玻璃化作用在澆注料的細粒和粗粒組分之間提供了牢固的界面結合，從而形成具有粘性和剛性微觀結構的堅固澆注料。

利用這些已知的知識，研究人員在實驗中使用 CAC （2.7 % w/w）和地質聚合物（1.3 % w/w）做為黏合劑的組合，可以實現最佳的熱性能和機械性能。在 1,400°C 時，這些樣品的收縮率為 1.18%，彈性模量為 135 GPa，彎曲強度為 39.1 MPa。在 1,025°C (ΔT ∼1,000°C) 下循環 10 次後，它們也表現出較高的耐熱衝擊性。

研究人員總結出『在該實驗中所獲得的結果表明，所評估的地質聚合物粘合劑是開發用於無水泥或超低水泥耐火澆注料的新型組合物的具有前景的新選擇』。