Что общего между плотиной Гувера, Сиднейским оперным театром, Великой китайской стеной и Пантеоном? Все они примеры невероятной амбициозных бетонных конструкций.
Но наш самый широко используемый строительный материал также имеет невероятный углеродный след: на его энергоемкое производство приходится 8% глобальных выбросов. Это побудило инженеров вместо бетона обратиться к другим строительным материалам, таким как лен и различные смеси для более экологичных композитных материалов.
Инженеры из Университета Питтсбурга (Питт) стремятся вывести строительство на футуристический уровень с помощью своего легкого, многофункционального, легко адаптируемого интеллектуального инфраструктурного продукта, который можно адаптировать к различным конструкциям и даже генерировать собственный электрический заряд.
«Современное общество использует бетон в строительстве на протяжении сотен лет после того, как он был создан древними римлянами», — сказал соответствующий автор исследования Амир Алави, доцент кафедры гражданского и экологического строительства в Питте. «Массовое использование бетона в наших инфраструктурных проектах подразумевает необходимость разработки нового поколения бетонных материалов, которые являются более экономичными и экологически устойчивыми, но при этом обладают расширенными функциональными возможностями. Мы считаем, что можем достичь всех этих целей, внедрив метаматериальную парадигму в разработку строительных материалов».
Метаматериал состоит из армированных ауксетических полимерных решеток внутри проводящей цементной матрицы. Проводящий цемент, усиленный графитовым порошком, образует электрод, а механический триггер может генерировать контактную электризацию между слоями. Он не может производить достаточно энергии для передачи в сеть, но его потенциально можно использовать для мониторинга повреждений внутри бетонных конструкций, например, в случае землетрясения.
Физически сам метаматериал можно точно настроить в соответствии с потребностями сборки, изменив его гибкость, форму и хрупкость, и в тестах он может сжиматься до 15% при сохранении своей структурной целостности.
«Этот проект представляет собой первый композитный бетон из метаматериала со сверхсжимаемостью и способностью накапливать энергию», — сказал Алави. «Такие легкие и механически настраиваемые бетонные системы могут открыть двери для использования бетона в различных приложениях, таких как амортизирующие инженерные материалы в аэропортах, чтобы помочь замедлить приземляющиеся самолеты или сейсмические системы изоляции основания».
А в будущем (в буквальном смысле) этот интеллектуальный инженерный продукт может даже питать чипы, встроенные в автомагистрали, чтобы помочь автомобилям с автоматическим управлением.
Тем не менее, в ближайшем будущем в исследовании сообщается о необходимости крупномасштабных испытаний и дальнейших исследований того, как изолировать собирающий энергию материал, интегрированный в наногенератор, от стрессовых факторов окружающей среды, таких как влажность, сырая погода и колебания температуры.
Исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials .
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com