水泥是世界上最广泛使用的建筑材料，仅仅2021年消耗水泥量超过40亿吨。然而水泥基材料存在脆性大、韧性低的固有缺陷，极大地影响了其性能和使用寿命，这主要是由于水化产物与孔隙结构的无序堆积和随机分布造成的。
水泥基材料可以通过在基体中加入增强材料（纤维、聚合物乳液等）来增韧，实现材料抗变形和抗断裂能力的增强。然而，此类增韧方法的效果有限，且可能会产生负面影响，引起水泥基材料工作性和抗压强度的降低。近几年，冰模板法被广泛应用于制造定向性的多孔材料，近期有文献报道通过冰模板技术和水泥的自硬化特性开发了一种具有单向有序孔结构的水泥基材料。然而，该材料仅在疏水性、导热性等功能性方面具有优势，未能提升水泥的力学性能。
近期，东南大学材料科学与工程学院的科研团队制备了一种仿贝壳珍珠母结构的水泥-水凝胶复合材料，实现了材料韧性的大幅度提升。首先用冰模板法构建了一个具有单向孔隙的分层水泥骨架，其中用原位水化法代替了冷冻干燥法，由于水化反应在解冻过程中自动发生，有序的微观结构可以不经冷冻干燥处理而被保留。随后，通过负压浸渍将低粘度的PVA溶液填充到单向孔中，并实施两次冷冻-解冻循环，原位生成了PVA水凝胶。基于水泥浆与PVA水凝胶相间排列的有序层状微结构，实现了水泥基体的韧性增加175倍以上，这是已经报道过的最具韧性的水泥基材料之一。此外，这种水泥-水凝胶复合材料还表现出低导热性（约为普通水泥的1/10）和低密度、高比强度和自修复性能，可用于抗震高层、节能建筑以及大跨桥梁。该工作以题为“Multi-layered cement-hydrogel composite with high toughness, low thermal conductivity, and self-healing capability”的文章发表于Nature Communications上。
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