Elastyczny i generujący prąd beton przyszłości
University of PittsburghBeton to jeden z najczęściej wykorzystywanych w budownictwie materiałów, którego początki sięgają jeszcze czasów Cesarstwa Rzymskiego. Inżynierowie z Uniwersytetu w Pittsburghu opracowali właśnie nową odmianę betonu metamateriałowego, który będzie mógł być używany do budowy inteligentnej infrastruktury.
Masowe wykorzystanie betonu do budowy dróg i budynków wymusza poszukiwanie nowych, bardziej ekologicznych materiałów budowlanych. Beton pozostawia bowiem po sobie olbrzymi ślad węglowy – jego energochłonna produkcja powoduje bardzo duże obciążenie dla środowiska. Szacuje się, że odpowiada nawet za ok. 8% globalnej emisji dwutlenku węgla. Dlatego już od pewnego czasu trwają prace nad nowymi, bardziej zaawansowanymi odmianami betonów.
Zespół naukowców z Uniwersytetu w Pittsburghu pod przewodnictwem Amira Alaviego stworzył nową generację lekkich materiałów betonowych, bardziej ekonomicznych i przyjaznych środowisku, które do tego potrafią nawet generować energię. W tym celu powstał specjalny metamateriał, który umożliwia dostosowywanie jego parametrów do różnych potrzeb konstrukcyjnych. W zależności od potrzeb materiał ten mógłby być bardziej elastyczny bądź kruchy, a także podatny na zmianę kształtu. Dzięki tym cechom do budowy wykorzystywać się będzie mniejszą ilość materiału, jednak bez negatywnego wpływu na wytrzymałość lub trwałość wybudowanej konstrukcji betonowej.
Kolejną cechą nowatorskiego betonu jest możliwość generowania energii elektrycznej. Wynika ona z konstrukcji betonu metamateriałowego. Składa się on z auksetycznej siatki polimerowej, która jest osadzona w przewodzącej matrycy cementowej. Taka struktura wywołuje elektryfikację kontaktową między jego warstwami, która jest dodatkowo wzmocniona proszkiem grafitowym, pełni rolę elektrody w systemie. Badania eksperymentalne wykazały, że pod wpływem ciśnienia materiał da się skompresować do 15% i może wytworzyć do 330 μW mocy.
Chociaż nie będą to duże ilości, aby opłacało się wysyłać pozyskaną energię do sieci elektrycznej, jednak wygenerowana energia pozwoli zasilać przydrożne urządzenia (np. różnego rodzaju czujniki) lub wbudowane w jezdnie układy scalone, które umożliwią poruszanie się pojazdom autonomicznym, w sytuacji gdy np. sygnał GPS będzie zbyt słaby. Sygnały elektryczne generowane przez beton metamateriałowy mogą być również wykorzystywane do monitorowania uszkodzeń wewnątrz konstrukcji betonowej lub monitorowania trzęsień ziemi.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
– To pierwszy kompozytowy beton metamateriałowy o właściwościach ściśliwości i zdolności do pozyskiwania energii – powiedział Alavi. – Takie lekkie i zmieniające swoje właściwości materiały mogą otworzyć drzwi do wykorzystania betonu w różnych nowych zastosowaniach, takich jak konstrukcje, które będą pochłaniać wstrząsy na lotniskach, lub systemy izolacji baz sejsmicznych.
Źródło: Uniwersytet w Pittsburghu
