“虹”学讲堂举办第372讲 先进水泥基材料功能化设计与工程应用

5月19日晚，由研究生院/研究生工作部主办、材料科学与工程学院承办、校研究生科学技术协会协办的“虹”学讲堂第372讲以线上讲座形式顺利举办。东南大学佘伟教授作了题为“先进水泥基材料功能化设计与工程应用”的报告，相关学院330余名师生参加讲座。

佘伟教授作报告

本次报告主要包括以下三部分：

（1）土木工程材料的重要性与发展方向

（2）水泥基功能材料设计的关键问题与逻辑过程

（3）先进水泥基材料的功能化设计和应用

我国重大工程建设的规模和数量居世界首位，而土木工程材料作为支撑国家重大工程安全与耐久的重要物质基础，其碳排放占全国碳排放总量的50%以上，发展绿色低碳的土木工程材料是实现国家“双碳战略”的必由之路。随着我国未来对“深海、深地、深空、深蓝”的建设，急需研究能适应高压、高热、真空和智能环境且集轻量化、多功能、长寿命于一体的先进功能材料。

水泥基功能材料是除结构材料以外的土木工程材料的一大分支。通过分析水泥基功能材料设计的关键问题，佘伟教授指出，微结构的拓扑设计和功能调控决定了材料的宏观性能，微结构的可控设计是实现水泥基材料功能化、绿色化、轻量化的关键。以“水泥海绵”、“智能窗”为例，佘伟教授强调，先进水泥基材料设计的逻辑过程：一是运用“纳米”和“仿生”基本理论；二是对材料的高通量设计；三是采用绿色的制造工艺。

佘伟教授分享了团队的6种最新研究成果：

（1）绝热防火的“水泥海绵”。其独特多孔结构可让材料的弹性模量大于300MPa，实现超低密度-高强度的复合。

（2）隔热节能的“智能窗”。智能窗可根据温度、电和PH值智能调节窗户的透光性，减少40%的能耗；且智能窗具有合成工艺简单、原材料成本低、应用场景多、适合大规模生产等优点。

（3）具备主动降温功能的水泥基功能材料。通过仿生叶片上露珠和霜的形成和参考撒哈拉沙漠银蚁外表面毛发结构热辐射散热原理，合成出可主动降低自身热量的辐射致冷水泥。

（4）“超疏水”的透气铠甲。通过“荷叶效应”仿生理念对混凝土表层的微结构修饰完成“表面能降低”的超疏水设计，提出混凝土表层“透气不透水”仿生防护的新方法，实现混凝土材料表面自清洁和严酷环境下混凝土结构寿命的延长。该研究曾获2021年日内瓦国际发明特别金奖。

（5）“原位仿生增韧”水泥。通过贝壳仿生合成多尺度砖泥结构，仿生“砖-桥-泥”设计，实现水泥基材料由“脆”到“韧”的转变，材料的抗冲击性能明显增强，静态韧性可提升40倍，动态韧性提升达100倍。

（6）月球3D打印建筑。主要是胶凝材料性能、打印工艺参数和月球严酷环境对界面粘结的作用。

讲座现场

报告结束后，佘伟教授和同学们针对水泥的超疏水结构及土木工程材料的多功能复合等问题进行深入交流，帮助大家深刻认识到应用“仿生”结构进行材料微结构拓扑设计与功能调控对材料宏观性能的重要意义。