一、参赛作品概述

展品名称：三维超疏水水泥基多孔材料

材料类别：仿生纳米功能材料

创作者名称：王威

所属学校：东南大学

参赛论文：Fabrication of all-dimensional superhydrophobic mortar with enhanced waterproof ability and freeze-thaw resistance

二、展品简介

1、展品简介/创新点： 东南大学材料学院余新泉老师团队采用溶胶凝胶法改性，将无机水泥粉和沙子超疏水改性后，采用表面活性剂溶解，制备三维超疏水水泥基材料，可广泛应用与海工工程、高铁地基、民用建筑外墙以及水电站等多个领域。

2、性质：水静态接触角大约159°，滚动角小于2°。冻融循环220个循环后基本没有质量损失，且渗水实验120h后吸水率低于4%。同时，具有优异的抗磨损和抗酸碱浸泡特性。

3、展品应用领域：广泛应用与海工工程、高铁地基、民用建筑外墙以及水电站等多个领域。

4、展品参数：

中文名	三维超疏水水泥基多孔材料	英文名	All-dimensional superhydrophobic mortar
简称	整体超疏水水泥
展品性状	固态	展品工艺	刷涂、整体成型
展品组成	水泥基材料+改性剂	展品特性	抗冻融220循环、超疏水特性

 

 

 

三、科研笔记

“三维超疏水水泥基多孔材料”的诞生历程

无机非金属水泥基多孔材料因为其独特的亲水特性以及孔隙特征，很容易吸收水分，导致氯离子和硫酸根等有害离子侵入结构内部，造成其结构耐久性下降。

将荷叶“不沾水”的奥秘应用与水泥基材料微结构设计，这样奇妙的跨界组合，能够解决水泥基材料易吸水、耐久性差等难题。那么，如何让水泥基材料整体实现“超疏水”，从而提高其耐用性？在余新泉老师仿生材料领域创新观念引领下，团队率先将“荷叶效应”仿生设计理念推广到水泥基材料细观孔界面设计，将水泥基材料内部设计成类似荷叶的表面结构，从而实现“无死角”超疏水。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”，我们将水泥粉体和沙子超疏水改性包裹后，通过表面活性剂溶解制备整体超疏水水泥基材料。传统的防护涂层在遇到磨损时，很容易脱落，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，且内外部整体均为超疏水性；即使是表面磨损或结构破坏后，暴露出的内部也均为超疏水，不存在自身耐久性问题，耐久性提升至原本的数倍以上，可以实现与建筑物同寿命（图1）。该三维超疏水水泥基材料解决了水泥基材料早期稳定性差、后期强度低和耐久性差的难题。

本论文工作不仅受到国家自然基金（项目号51671055, 51676033）的项目资助，还与成功应用于民用建筑外墙，在不久的未来便能将整体超疏水水泥基材料实现高效产业化。