近日，东南大学蒋金洋教授团队在低碳高性能水泥基材料设计与调控方面取得重要研究进展，相关研究成果“Nature-inspired hierarchical building materials with low CO₂ emission and superior performance”发表于国际著名学术期刊Nature Communications16 (1), 3018。

图1. 低碳高性能水凝胶水泥基复合材料 （a-c）双级限域孔隙结构；（d）强氢键吸附机制；（e）容重800kg/m³条件下比强度；（f）应变强化。

针对传统水泥基材料轻质与高强互斥的科学难题，本研究受海绵骨骼、甲虫翅鞘等自然界仿生多级结构启发，设计并制备了一种具有蜂巢状分级孔隙结构特征的水凝胶水泥基复合材料。采用机器学习势函数的分子动力学模拟技术，揭示了强氢键作用对水泥矿相在水凝胶网络表面优先沉积的驱动机制；基于水凝胶空间网络限域的水分主动控制方法，探明了水化产物在水凝胶微纳孔隙中的成核与生长机理；通过优化原位自主装与悬浮搅拌工艺制度，实现了水泥基材料孔隙结构特征由多尺度宽域分布向双级（微米级1~50µm、纳米级5~100 nm）限域富集的转变。研究结果表明（图1），这种新型水凝胶水泥基复合材料容重低至800kg/m³，比强度较现有报道最高值提升2.4倍，综合排放量降低49%，并首次实现无纤维增强下水泥基材料的应变硬化。研究成果对水泥基建筑材料的低碳化设计与可持续发展具有重要意义。该工作得到了国家重点研发计划战略性科技创新合作重点专项的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58339-8