Selain pengeluaran elektrik, ia berpotensi digunakan untuk memantau kerosakan dalam struktur apa yang sedang dibina atau untuk melihat kesan fenomena seperti gempa bumi terhadap bangunan.
Para saintis di Universiti Pittsburgh (Pitt), di Pennsylvania (Amerika Syarikat), berhasrat untuk membawa konkrit ke tahap yang baharu dengan metamaterial—satu set bahan tiruan heterogen yang mempunyai ciri-ciri elektromagnet khas—untuk pembangunan infrastruktur pintar.
Dalam penyelidikan mereka, mereka membentangkan konsep baharu untuk sistem konkrit ringan dan boleh laras secara mekanikal yang mempunyai fungsi dalaman untuk mengesan, menjana dan mengumpul tenaga.
"Penggunaan konkrit secara besar-besaran dalam projek infrastruktur kami memerlukan pembangunan generasi baharu bahan konkrit yang lebih ekonomik dan mampan dari segi alam sekitar, namun menawarkan fungsi yang canggih. Kita boleh mencapai semua matlamat ini dengan memperkenalkan paradigma metamaterial ke dalam pembangunan bahan binaan," kata Amir Alavi, penolong profesor kejuruteraan awam dan alam sekitar di Pitt, dalam satu kenyataan rasmi.
Beginilah cara ia menghasilkan elektrik
Ini bukan kali pertama kumpulan penyelidik ini bekerja dengan metamaterial; sebelum ini mereka menggunakannya dalam implan pergigian. Walau bagaimanapun, kali ini mereka telah menggunakan elemen ini untuk mencipta konkrit yang sangat mudah disesuaikan, kerana sifat seperti kerapuhan, fleksibiliti dan bentuk boleh dilaraskan, membolehkan pembina menggunakan kurang bahan tanpa mengorbankan kekuatan atau jangka hayat.
Metamaterial ini terdiri daripada rangkaian polimer auksetik bertetulang dalam matriks simen konduktif, yang telah dipertingkatkan oleh penyelidik dengan serbuk grafit dan membentuk elektrod; sementara itu, pencetus mekanikal atau nanogenerator boleh menjana elektrifikasi melalui sentuhan antara lapisan. Dalam erti kata lain, ia boleh menjana cas elektriknya sendiri.
Ia masih belum dapat menghasilkan elektrik yang mencukupi untuk menghantar kuasa ke grid elektrik, tetapi saintis menjana kuasa yang mencukupi untuk menjalankan sensor yang terbenam di jalan raya, termasuk sensor masa depan yang direka untuk membantu kenderaan autonomi apabila isyarat GPS terlalu lemah atau apabila teknologi LIDAR tidak berfungsi.
Selain penjanaan elektrik, ia berpotensi digunakan untuk memantau kerosakan dalam struktur apa yang sedang dibina atau untuk memerhatikan kesan fenomena seperti gempa bumi terhadap bangunan. Tambahan pula, metamaterial itu sendiri boleh dilaraskan secara fizikal agar sesuai dengan sebarang pembinaan, mengubah fleksibiliti, bentuk dan kerapuhannya.
Menurut ujian yang dijalankan oleh para penyelidik, ia boleh dimampatkan sehingga 15% sambil mengekalkan integriti strukturnya dan menghasilkan kuasa 330 μW.
“Projek ini membentangkan konkrit metamaterial komposit pertama dengan keupayaan supermampatan dan penuaian tenaga. Sistem konkrit ringan yang boleh dilaraskan secara mekanikal ini boleh membuka peluang untuk menggunakan konkrit dalam pelbagai aplikasi, seperti bahan kejuruteraan penyerap hentaman di lapangan terbang untuk membantu memperlahankan pesawat yang di luar kawalan atau sistem pengasingan pangkalan seismik,” kata Alavi.
Penggunaan boleh skala
Projek yang mengaplikasikan bahan tersebut untuk pelbagai kegunaan, melibatkan saintis dari Universiti Johns Hopkins, Universiti Negeri New Mexico, Institut Teknologi Georgia, Institut Nanotenaga dan Nanosistem Beijing (di China), dan Sekolah Kejuruteraan Swanson Pitt, serta berusaha untuk mencapai lebih banyak sifat dan kemungkinan untuk bahan tersebut.
Mereka juga menunjukkan bahawa konkrit pelbagai fungsi yang mereka cipta ini boleh menjadi komponen yang digunakan secara meluas dalam infrastruktur, kerana ia "boleh diskala, kos efektif dan boleh mengekalkan operasinya melalui penuaian tenaga hijau." Sekurang-kurangnya itulah yang mereka nyatakan dalam penyelidikan mereka, bertajuk "Sistem Konkrit Metamaterial Bersepadu dengan Nanogenerator Pelbagai Fungsi untuk Infrastruktur Awam Pintar," yang telah diterbitkan dalam jurnal Advanced Materials.
Walaupun konkrit ini berpotensi untuk mewujudkan infrastruktur pintar dan berkuasa sendiri, para penyelidik menunjukkan dalam kajian mereka tentang keperluan untuk ujian berskala besar bagi menambah baik produk tersebut. Mereka juga menunjukkan bahawa kajian lanjut diperlukan tentang cara mengasingkan bahan yang disepadukan ke dalam nanogenerator penuaian tenaga daripada tekanan persekitaran seperti kelembapan, cuaca basah dan turun naik suhu.
Walau bagaimanapun, pasukan penyelidikan telah bekerjasama dengan Jabatan Pengangkutan Pennsylvania (PennDOT) untuk membangunkan metamaterial konkrit ini dengan matlamat untuk menggunakannya di jalan raya Pennsylvania pada masa hadapan.
Sumber: https://www.elespanol.com/
