Újra feltalálták a legszélesebb körben használt építőanyagot

A metaanyagoknak az a különlegességük, hogy elsősorban nem az összetételük, hanem szerkezetük révén vannak optikai és elektromágneses tulajdonságaik. Ha megtalálják számukra a megfelelő funkciókat, úgy teljesen átalakíthatják az építőipart.

Amerikai tudósok a beton újra feltalálásával, az önellenőrző metaanyagbetont kifejlesztésével ebbe az irányba tettek egy nagy lépést, megalkotva az intelligens infrastrukturális rendszerek egyik potenciálisan legfontosabb összetevőjét – számolt be a SciTechDaily.

A Pittsburghi Egyetem kutatói által vezetett tudóscsoport új tanulmánya egy olyan koncepciót ír le, amely az intelligens mélyépítési rendszerek fejlesztésénél a metaanyagbetont helyezi a középpontba. A kutatás a könnyű és mechanikusan hangolható betonrendszerekről szólt, amelyeknek integrált energiagyűjtő és érzékelő képességeik vannak.

„Mivel a betont tömegesen használják az infrastrukturális projektekben, szükség van a betonanyagok új generációjának kifejlesztésére, amelyek gazdaságosabbak és környezetileg fenntarthatóbbak, ugyanakkor fejlett funkcionalitást kínálnak. Úgy véljük, hogy e célokat elérhetjük a metaanyag paradigma bevezetésével az építőanyagok fejlesztésébe” – mondta Amir Alavi, az egyetem kutatója, a tanulmány szerzője az intézmény híroldalán.

Alavi és csapata korábban már kifejlesztett „öntudatos metaanyagokat”, és olyan alkalmazásokban vizsgálták felhasználásukat, mint az intelligens implantátumok. Az új tanulmány a metaanyagokat a beton létrehozásakor alkalmazza, lehetővé téve, hogy az anyagot kifejezetten egy adott célnak megfelelően tervezzék meg. Az olyan tulajdonságok, mint a törékenység, a rugalmasság és az alakíthatóság finomhangolhatók az anyag létrehozása során, lehetővé téve az építők számára, hogy kevesebb anyagot használjanak fel anélkül, hogy az erősség vagy a hosszú élettartam csökkenne.

„Ez a projekt bemutatja az első kompozit metamateriális betont, amelynek szuper az összenyomhatósága és energiagyűjtési képessége is van. Az ilyen könnyű és mechanikailag hangolható betonrendszerek utat nyithatnak a beton különböző felhasználásainak, például a repülőtereken az elszabaduló repülőgépek lassítását segítő, lengéscsillapító mérnöki anyagok vagy a szeizmikus alapszigetelő rendszerek alkalmazására” – mondta Alavi.

Az anyag képes áramot is termelni. Bár nem annyit, hogy áramot küldjön az elektromos hálózatba, de a generált jel bőven elegendő lesz az út menti érzékelők működtetéséhez. A metamateriális beton mechanikai gerjesztés (például egy hídon áthaladó forgalom) hatására termel elektromosságot, és a jelek alkalmasak a betonszerkezeten belüli károk vagy a földrengések megfigyelésére is, miközben csökkentik e behatások következményeit az építményekre.

Végül ezek az intelligens szerkezetek akár az utak belsejébe beágyazott chipeket is táplálhatnak, amelyek segíthetnek az önvezető autóknak navigálni az autópályákon, amikor a GPS-jelek túl gyengék vagy a LIDAR nem működik.

Az anyag vezető cementmátrixba ágyazott, úgynevezett megerősített auxetikus (nyújtáskor mindkét irányban méretüket növelő) polimerrácsokból áll. A kompozit szerkezet mechanikus behatásra a rétegek érintkezése révén elektromosságot termel. A villamosan vezető cement, amelyet grafitporral erősítettek fel, a rendszerben elektródaként szolgál. Kísérleti vizsgálatok azt mutatják, hogy az anyag ciklikus terhelés hatására akár 15 százalékkal is összenyomódhat, és 330 μW teljesítményt képes előállítani.