Εκτός από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση ζημιών εντός της δομής του υπό κατασκευή ή για την παρατήρηση των επιπτώσεων φαινομένων όπως οι σεισμοί στα κτίρια.
Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ (Πιτ), στην Πενσυλβάνια (Ηνωμένες Πολιτείες), σκοπεύουν να οδηγήσουν το σκυρόδεμα σε νέο επίπεδο με ένα μεταϋλικό —ένα ετερογενές σύνολο τεχνητών υλικών που διαθέτουν ειδικά ηλεκτρομαγνητικά χαρακτηριστικά— για την ανάπτυξη έξυπνων υποδομών.
Στην έρευνά τους, παρουσιάζουν μια νέα ιδέα για ελαφριά και μηχανικά ρυθμιζόμενα συστήματα σκυροδέματος που διαθέτουν την εσωτερική λειτουργικότητα για ανίχνευση, παραγωγή και συλλογή ενέργειας.
«Η μαζική χρήση σκυροδέματος στα έργα υποδομής μας απαιτεί την ανάπτυξη μιας νέας γενιάς υλικών σκυροδέματος που είναι πιο οικονομικά και περιβαλλοντικά βιώσιμα, αλλά προσφέρουν προηγμένες λειτουργίες. Μπορούμε να επιτύχουμε όλους αυτούς τους στόχους εισάγοντας ένα παράδειγμα μεταϋλικών στην ανάπτυξη δομικών υλικών», δήλωσε σε επίσημη δήλωση ο Amir Alavi, επίκουρος καθηγητής πολιτικών και περιβαλλοντικών μηχανικών στο Πανεπιστήμιο Pitt.
Έτσι παράγει ηλεκτρική ενέργεια
Δεν είναι η πρώτη φορά που αυτή η ομάδα ερευνητών εργάζεται με μεταϋλικά. Τα είχαν χρησιμοποιήσει στο παρελθόν σε οδοντικά εμφυτεύματα. Ωστόσο, αυτή τη φορά χρησιμοποίησαν αυτό το στοιχείο για να δημιουργήσουν ένα εξαιρετικά προσαρμόσιμο σκυρόδεμα, καθώς χαρακτηριστικά όπως η ευθραυστότητα, η ευκαμψία και το σχήμα μπορούν να ρυθμιστούν, επιτρέποντας στους κατασκευαστές να χρησιμοποιούν λιγότερο υλικό χωρίς να θυσιάζουν την αντοχή ή τη μακροζωία.
Αυτό το μεταϋλικό αποτελείται από ένα δίκτυο ενισχυμένων αυξητικών πολυμερών μέσα σε μια αγώγιμη μήτρα τσιμέντου, την οποία οι ερευνητές έχουν ενισχύσει με σκόνη γραφίτη και η οποία σχηματίζει το ηλεκτρόδιο. Εν τω μεταξύ, μια μηχανική σκανδάλη ή μια νανογεννήτρια μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρισμό μέσω της επαφής μεταξύ των στρωμάτων. Με άλλα λόγια, μπορεί να παράγει το δικό της ηλεκτρικό φορτίο.
Δεν μπορεί ακόμη να παράγει αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για να στείλει ενέργεια στο ηλεκτρικό δίκτυο, αλλά οι επιστήμονες παράγουν αρκετή ενέργεια για να λειτουργήσουν αισθητήρες ενσωματωμένους σε δρόμους, συμπεριλαμβανομένων μελλοντικών αισθητήρων που έχουν σχεδιαστεί για να βοηθούν τα αυτόνομα οχήματα όταν τα σήματα GPS είναι πολύ αδύναμα ή όταν η τεχνολογία LIDAR δεν λειτουργεί.
Εκτός από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση ζημιών στη δομή αυτού που κατασκευάζεται ή για την παρατήρηση των επιπτώσεων φαινομένων όπως οι σεισμοί στα κτίρια. Επιπλέον, το ίδιο το μεταϋλικό μπορεί να προσαρμοστεί φυσικά ώστε να ταιριάζει σε οποιαδήποτε κατασκευή, αλλάζοντας την ευκαμψία, το σχήμα και την ευθραυστότητά του.
Σύμφωνα με δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν από τους ερευνητές, θα μπορούσε να συμπιεστεί έως και 15% διατηρώντας παράλληλα τη δομική του ακεραιότητα και να παράγει ισχύ 330 μW.
«Αυτό το έργο παρουσιάζει το πρώτο σύνθετο μετα-υλικό σκυρόδεμα με υπερσυμπιεστότητα και δυνατότητες συλλογής ενέργειας. Αυτά τα ελαφριά, μηχανικά ρυθμιζόμενα συστήματα σκυροδέματος μπορούν να ανοίξουν τον δρόμο για τη χρήση σκυροδέματος σε διάφορες εφαρμογές, όπως υλικά μηχανικής απορρόφησης κρούσεων σε αεροδρόμια για την επιβράδυνση αεροσκαφών εκτός ελέγχου ή συστήματα σεισμικής μόνωσης βάσης», σημειώνει ο Alavi.
Κλιμακούμενη χρήση
Στο έργο, το οποίο εφαρμόζει το υλικό σε διάφορες χρήσεις, συμμετέχουν επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, το Κρατικό Πανεπιστήμιο του Νέου Μεξικού, το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Τζόρτζια, το Ινστιτούτο Νανοενέργειας και Νανοσυστημάτων του Πεκίνου (στην Κίνα) και τη Σχολή Μηχανικών Swanson του Πανεπιστημίου Pitt, ενώ παράλληλα εργάζονται για την επίτευξη περισσότερων ιδιοτήτων και δυνατοτήτων για το υλικό.
Επισημαίνουν μάλιστα ότι αυτό το πολυλειτουργικό σκυρόδεμα που έχουν δημιουργήσει θα μπορούσε να γίνει ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο στοιχείο στις υποδομές, καθώς είναι «κλιμακωτό, οικονομικά αποδοτικό και μπορεί να διατηρήσει τις λειτουργίες του μέσω της συγκομιδής πράσινης ενέργειας». Τουλάχιστον αυτό αναφέρουν στην έρευνά τους, με τίτλο «Ολοκληρωμένα Συστήματα Μεταϋλικού Σκυροδέματος με Πολυλειτουργικές Νανογεννήτριες για Έξυπνες Πολιτικές Υποδομές», η οποία έχει δημοσιευτεί στο περιοδικό Advanced Materials.
Παρά τις δυνατότητες αυτού του σκυροδέματος για τη δημιουργία έξυπνων, αυτοτροφοδοτούμενων υποδομών, οι ερευνητές επισημαίνουν στη μελέτη τους την ανάγκη για δοκιμές μεγάλης κλίμακας για τη βελτίωση του προϊόντος. Υποδεικνύουν επίσης ότι απαιτείται περαιτέρω έρευνα σχετικά με τον τρόπο απομόνωσης του υλικού που ενσωματώνεται στη νανογεννήτρια συλλογής ενέργειας από περιβαλλοντικούς παράγοντες στρες όπως η υγρασία, ο υγρός καιρός και οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.
Ωστόσο, η ερευνητική ομάδα έχει ήδη συνεργαστεί με το Υπουργείο Μεταφορών της Πενσυλβάνια (PennDOT) για την ανάπτυξη αυτού του μεταϋλικού από σκυρόδεμα με στόχο τη χρήση του στους δρόμους της Πενσυλβάνια στο μέλλον.
Πηγή: https://www.elespanol.com/
