Команда инженеров из Питтсбурга разработала экологически чистый бетон из метаматериалов, способный эффективно проводить электричество.
Что общего между дамбой Гувера, Сиднейским оперным театром, Великой китайской стеной и Пантеоном? Все они являются примерами невероятной амбициозной бетонной конструкции. Но наш самый широко используемый строительный материал также оставляет невероятный углеродный след: на его энергоемкое производство приходится 8% глобальных выбросов. Это побудило инженеров вместо этого обратиться к другим строительным материалам, таким как лен и различные смеси для более экологичных композитных бетонов.
Инженеры из Университета Питтсбурга стремятся вывести бетон 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 его первоначального создания древними римлянами, — рассказал автор исследования Амир Алави, доцент кафедры гражданского и экологического строительства. — 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. 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 садящиеся самолеты или сейсмические системы изоляции основания», - отметил Алави.
Команда считает, что многофункциональный бетонный материал может стать широко используемым компонентом в инфраструктуре. поскольку он «масштабируемый, рентабельный и может самостоятельно поддерживать свою деятельность за счет сбора зеленой энергии». А в будущем (в буквальном смысле) этот интеллектуальный инженерный продукт может даже питать чипы, встроенные в автомагистрали, чтобы подзаряжать электромобили на автопилоте.