将荷叶“不沾水”的奥秘运用于混凝土微构造设计，这样奇妙的“跨界”办理了混凝土易吸水、耐久性差等难题。近日，东南大学材料科学与工程学院佘伟教授课题组项目“‘三维超疏水’水泥基多孔材料”从1000多个参赛项目中脱颖而出，在2021年日内瓦国际发明展中斩获最高奖项——评审团特殊嘉许金奖。
混凝土是一种多孔材料，孔隙很小，大多是纳微米级别，因此水泥基材料和多孔构造导致其很随意马虎吸水，从而影响其耐久性。“一旦海水中的氯离子和硫酸根等有害离子进入国家重大工程，重大工程构造的寿命就会缩短。” 佘伟见告《科技周刊》，一样平常来说，目前国家重大工程项目的设计寿命须要100年以上，而在很多沿海地区和西部盐湖极度环境地区，寿命则只有二三十年。佘伟先容，之前比较常用的对策是在混凝土表面涂上防护涂层。只管这种“大略粗暴”的办法可以在一定程度上起到防水浸染，但由于这种涂层是有机材料中的一种，同样面临着耐久性问题。此外，面对外界环境温度的变革，多孔构造的混凝土材料须要保持“透气”，如果将混凝土“封闭”在涂层材料中，则很快就会涌现空鼓、剥落等征象。
那么，如何让混凝土材料整体实现“透气不透水”，从而提高其耐用性？在缪昌文院士混凝土材料领域创新不雅观念引领下，团队率先将“荷叶效应”仿生设计理念推广到混凝土细不雅观孔界面设计，将混凝土内部小孔表面设计成类似荷叶的表面构造，从而实现“无去世角”疏水。佘伟阐明，荷叶不沾水的秘密在于其微纳米尺度的粗糙度和其表面的低表能疏水物质，效仿“荷叶效应”，团队通过利用不同纳米材料，调节混凝土表面的粗糙度，结合一些低表面能的疏水物质，经由近一年的不断调试，终极成功实现了混凝土“透气不透水”。
“防护涂层在碰着剐蹭时很随意马虎脱落，而我们所研发的‘三维超疏水’水泥基多孔材料本身是无机物构成，不存在自身耐久性问题，耐久性提升至原来的2倍以上，可以实现与建筑物同寿命。” 佘伟表示，为了进一步降落这种新型混凝土的本钱，团队提出了无机纳米颗粒与疏水分子自组装和纳米杂化交联技能，实现了纳米颗粒在气孔表面的有效吸附和单层排列，将总体本钱降落至可控范围内。
理解到，目前团队研发的超疏水仿生防护体系已运用于昌赣高铁、两河口水电站、太湖隧道等国家重点工程；民用方面，采取“三维超疏水”水泥基多孔材料制作的泡沫混凝土首次实现了三维超疏水，办理了泡沫混凝土早期稳定性差、后期强度低和耐久性差的难题。
东南大学材料科学与工程学院党委布告杨树东认为，此项目之以是能够在获奖率仅3%的特殊金奖中霸占一席之地，缘故原由在于其创新技能在国民经济培植发展中发挥了主要浸染。佘伟表示，下一步，研究团队还将连续探索如何把“三维超疏水”水泥基多孔材料运用于建筑节能，如开拓其反射-辐射自降温等光学性能，实现节能功能一体化；或者运用于民用外墙，从而既担保较好的耐火性和耐用性，也可以实现保温隔热等。
