Addressing pervasive environmental challenges, sophisticated next-generation cement-based materials, engineered to fulfill comprehensive objectives including mechanical durability and functionality, are anticipated to be preeminent candidates for forthcoming pivotal engineering projects. A novel research paradigm, encompassing three distinct phases: deconstruction, re-construction, and upgrade-construction, has been rigorously developed and implemented in the synthesis of metamaterials featuring elaborate and sophisticated architectures derived from natural templates. This paradigm provides substantial theoretical and methodological guidance for the design and fabrication of advanced cement-based materials. Here, we articulate the groundbreaking concept of cement-based biomimetic metamaterials (CBMs), delineated by hierarchical multi-scale architectures and multiple excellent properties, and critically review the inspiration, fabrication strategies, property characteristics, and application prospects of representative CBMs, including biomimetic superhydrophobic cement, biomimetic high-toughness concrete, biomimetic cement aerogel, and biomimetic photothermal cement. The emergence and development of CBMs may radically upgrade the mechanical, functional and durable capabilities of contemporary civil engineering materials.

Due to the low hydration rate of ordinary Portland cement (OPC), it cannot meet the requirements of rapid repair, especially in negative temperature environments. Simultaneously, facing the harsh marine environment, repair materials urgently need high durability. In this paper, a self-emulsifying waterborne epoxy polymer (WEP) suitable for cement systems was combined with sulfoaluminate cement (SAC) to prepare repair materials. The effect of the WEP on the development of microstructure, auto-drying shrinkage and durability was investigated by nuclear magnetic resonance, XRD and SEM methods. Results showed that a continuous interpenetration polymer network (IPN) was intricately woven within the multiphase composites, using the macromolecular network structure formed by —OH groups in WEP and Ca2+ and Al3+ in cement as a bridge. The resistance to chloride migration and water absorption exhibited an increase followed by a decrease. In particular, the resistance to chloride migration was improved by 45%. Similar trends were observed for the carbonation resistance. Due to the lower porosity and capillary pressure caused by IPN, leading to a decrease in auto-drying shrinkage. Nevertheless, the larger percentage of capillary pores in a mortar with a P/C of 15% increased the auto-drying shrinkage. The WEP decreased the availability of pores of critical diameter (14 nm) of mortar exposed to water freezing, leading to an increase in the freeze-thaw resistance. The change in P/C hardly affected the resistance to sulfate attack. Under -10°C, at 2 hours, the compressive strength of CSA-based mortar satisfied the load requirements for vehicular operations. This research provides theoretical and practical implications for the repair work of large-scale projects serving in harsh environments.

A composite functional film with a random positive-pyramidal light-trapping structure and down-conversion capabilities has been prepared by the soft nanoimprint technique to enhance light utilization for solar cells.

In coastal and saline environments, the infiltration of chloride and sulfate ions into cementitious materials can result in erosion and deterioration. This research focuses on the impact of temperature-related curing methods on the ion transport properties and microstructure of these materials. The results show the curing method does not alter the hydration products of cementitious materials. High-temperature curing reduces the content of ettringite, resulting in decreased Friedel's salt and gypsum after chloride ion corrosion. Meanwhile, high-temperature curing reduces the content of Ca(OH) 2 and SiO 2 , decreasing the content of gypsum after sulfate ion erosion. It indicates that high-temperature curing reduces the binding capacity of both chloride ions and sulfate ions. Besides, high-temperature steam curing deteriorates the pore structure compared to standard curing. As a result, the resistance of concrete to ion corrosion is reduced under high-temperature steam curing. Besides, the surface ion concentration and binding capacity of chloride ions and sulfate ions both increase with the duration of erosion. Under the same erosion age, the binding capacity of sulfate ions is significantly higher than that of chloride ions. This research provides new insights into the transport characteristics of eroding ions under high-temperature steam curing.