Mimo pojawiania się coraz bardziej zaawansowanych materiałów, praktycznie żaden z nowoczesnych budynków nie powstałby bez betonu. A przecież jego receptura jest wiekowa i tylko od czasu do czasu wzbogacana różnymi domieszkami. Naukowcy z Uniwersytetu w Pittsburghu postanowili to zmienić i w pracy opublikowanej w czasopiśmie Advanced Materials opisali zupełnie nowy metamateriałowy beton.
Nowoczesne społeczeństwo używa betonu w budownictwie od setek lat, po jego pierwotnym stworzeniu przez starożytnych Rzymian. Masowe wykorzystanie betonu rodzi potrzebę opracowania nowej generacji materiałów, które są bardziej ekonomiczne i zrównoważone środowiskowo, a jednocześnie oferują zaawansowane funkcje. Wierzymy, że możemy osiągnąć wszystkie te cele poprzez wprowadzenie paradygmatu metamateriału do rozwoju materiałów budowlanych. Amir Alavi, adiunkt inżynierii lądowej i środowiskowej z Uniwersytetu w Pittsburghu
Beton przyszłości
Naukowcy pracują nad tzw. samoświadomymi metamateriałami od lat, ale dopiero teraz wykorzystali je w produkcji betonu. Dzięki temu prostemu zabiegowi, można dowolnie modyfikować zarówno skład, jak i właściwości materiału, już na początkowym etapie. Da się ustalić cechy, takie jak kruchość, elastyczność czy plastyczność, a to przekłada się na wytrzymałość i długowieczność betonu.
Nowo opracowany materiał jest zdolny do generowania energii elektrycznej. Materiał składa się ze wzmocnionych kratek z polimerów auksetycznych (materiałów, które pod wpływem ciśnienia rozszerzają się) osadzonych w przewodzącej matrycy cementowej. Kompozytowa struktura wywołuje kontaktową elektryfikację między warstwami, gdy jest wyzwalana mechanicznie. Przewodzący cement, wzbogacony o proszek grafitowy, pełni w układzie rolę elektrody. Badania eksperymentalne pokazują, że materiał może skompresować się do 15 proc. pod wpływem cyklicznego obciążenia i wytworzyć 330 μW mocy. Nie są to duże ilości, ale powinny wystarczyć do zasilenia przydrożnych czujników.
Czytaj też: Naukowcy pokazali światu, jak zrewolucjonizować tory kolejowe i zapewnić darmową energię
Sygnały elektryczne generowane samodzielnie przez metamateriał betonowy pod wpływem wzbudzeń mechanicznych mogą być również wykorzystane do monitorowania uszkodzeń wewnątrz struktury betonowej lub do monitorowania trzęsień ziemi przy jednoczesnym zmniejszeniu ich wpływu na budynki. Najbardziej oczywiste wydaje się zastosowanie metamateriałowych betonów do budowy dróg, które będą pomagały kierowcom w nawigacji na autostradach, gdy nie działa GPS lub LIDAR.