Pe lângă producerea de energie electrică, are potențialul de a fi utilizat pentru monitorizarea daunelor din structura a ceea ce se construiește sau pentru a observa impactul fenomenelor precum cutremurele asupra clădirilor.
Oamenii de știință de la Universitatea din Pittsburgh (Pitt), Pennsylvania (Statele Unite), intenționează să ducă betonul la un nou nivel cu un metamaterial - un set eterogen de materiale artificiale care posedă caracteristici electromagnetice speciale - pentru dezvoltarea de infrastructuri inteligente.
În cercetarea lor, aceștia prezintă un nou concept pentru sisteme de beton ușoare și reglabile mecanic, care au funcționalitatea internă de a detecta, genera și colecta energie.
„Utilizarea masivă a betonului în proiectele noastre de infrastructură necesită dezvoltarea unei noi generații de materiale din beton care sunt mai economice și mai sustenabile din punct de vedere ecologic, oferind în același timp funcționalități avansate. Putem atinge toate aceste obiective prin introducerea unei paradigme metamateriale în dezvoltarea materialelor de construcție”, a declarat Amir Alavi, profesor asistent de inginerie civilă și de mediu la Pitt, într-un comunicat oficial.
Așa se produce electricitatea
Nu este prima dată când acest grup de cercetători lucrează cu metamateriale; anterior le-au folosit în implanturile dentare. Totuși, de data aceasta au folosit acest element pentru a crea un beton extrem de adaptabil, deoarece atribute precum fragilitatea, flexibilitatea și forma pot fi ajustate, permițând constructorilor să utilizeze mai puțin material fără a sacrifica rezistența sau longevitatea.
Acest metamaterial constă dintr-o rețea de polimeri auxetici întăriți într-o matrice conductivă de ciment, pe care cercetătorii au îmbunătățit-o cu pulbere de grafit și care formează electrodul; între timp, un declanșator mecanic sau un nanogenerator poate genera electrificare prin contactul dintre straturi. Cu alte cuvinte, își poate genera propria sarcină electrică.
Încă nu poate produce suficientă electricitate pentru a trimite energie către rețeaua electrică, dar oamenii de știință generează suficientă energie pentru a alimenta senzori încorporați în drumuri, inclusiv pe cei viitori concepuți pentru a ajuta vehiculele autonome atunci când semnalele GPS sunt prea slabe sau când tehnologia LIDAR nu funcționează.
Pe lângă generarea de electricitate, are potențialul de a fi utilizat pentru monitorizarea daunelor din structura a ceea ce se construiește sau pentru observarea impactului fenomenelor precum cutremurele asupra clădirilor. În plus, metamaterialul în sine poate fi ajustat fizic pentru a se potrivi oricărei construcții, schimbându-i flexibilitatea, forma și fragilitatea.
Conform testelor efectuate de cercetători, acesta putea fi comprimat până la 15%, menținându-și în același timp integritatea structurală, și putea produce o putere de 330 μW.
„Acest proiect prezintă primul beton metamaterial compozit cu capacități de supercompresibilitate și de recuperare a energiei. Aceste sisteme de beton ușoare, reglabile mecanic, pot deschide calea utilizării betonului în diverse aplicații, cum ar fi materialele inginerești de absorbție a impactului în aeroporturi pentru a ajuta la încetinirea aeronavelor scăpate de sub control sau sistemele de izolare seismică a bazelor”, notează Alavi.
Utilizare scalabilă
Proiectul, care aplică materialul în diverse utilizări, implică oameni de știință de la Universitatea Johns Hopkins, Universitatea de Stat din New Mexico, Institutul de Tehnologie din Georgia, Institutul de Nanoenergie și Nanosisteme din Beijing (din China) și Școala de Inginerie Swanson din Pitt, precum și oameni de știință de la obținerea mai multor proprietăți și posibilități pentru material.
Aceștia subliniază chiar că acest beton multifuncțional pe care l-au creat ar putea deveni o componentă utilizată pe scară largă în infrastructură, deoarece este „scalabil, rentabil și își poate susține operațiunile prin colectarea energiei verzi”. Cel puțin asta afirmă ei în cercetarea lor, intitulată „Sisteme integrate de beton metamaterial cu nanogeneratoare multifuncționale pentru infrastructură civilă inteligentă”, care a fost publicată în revista Advanced Materials.
În ciuda potențialului acestui beton pentru crearea unei infrastructuri inteligente, autoalimentate, cercetătorii subliniază în studiul lor necesitatea unor teste la scară largă pentru îmbunătățirea produsului. De asemenea, aceștia indică faptul că sunt necesare cercetări suplimentare privind modul de izolare a materialului integrat în nanogeneratorul de colectare a energiei de factorii de stres din mediu, cum ar fi umiditatea, vremea umedă și fluctuațiile de temperatură.
Cu toate acestea, echipa de cercetare a încheiat deja un parteneriat cu Departamentul de Transport din Pennsylvania (PennDOT) pentru a dezvolta acest metamaterial din beton, cu scopul de a-l utiliza pe drumurile din Pennsylvania în viitor.
Sursă: https://www.elespanol.com/
