eng
Просмотры: 159
31.03.2023
Бетон - наиболее широко используемый материал в строительной индустрии, упоминания о котором появились еще во времена Римской империи. Пришло время переосмыслить подходы к созданию этого материала на основе технологий 21 века.
Опубликованы результаты нового исследования, в котором представлен бетон из метаматериала для разработки интеллектуальных систем гражданской инфраструктуры. В статье, опубликованной в журнале Multifunctional Nanogenerator под названием Integrated Metamaterial Concrete Systems for Smart Civil Infrastructure представлена новая концепция легких, механически настраиваемых бетонных систем с интегрированными возможностями сбора энергии и зондирования.
«Современное общество использует бетон в строительстве уже сотни лет, после того, как он был создан древними римлянами» - заявил автор исследования Амир Алави, доцент кафедры гражданского и экологического строительства в Питте. «Массовое использование бетона в наших инфраструктурных проектах требует разработки нового поколения бетонных материалов, которые были бы более экономичными, экологически устойчивыми и обладали бы расширенными функциональными возможностями. Мы считаем, что внедрение парадигмы метаматериалов в разработку строительных материалов может достичь всех этих целей".
Алави и его команда ранее разработали интеллектуальные метаматериалы и исследовали их применение как умные имплантатов. Данное исследование представляет использование метаматериалов для создания бетона, позволяя создавать материал, специально предназначенный для заранее заданных целей. Оказалось, что его характеристики, такие как хрупкость, гибкость и пластичность, могут быть точно настроены в процессе создания материала, что позволяет строителям использовать меньше материала без ущерба для прочности и долговечности создаваемой конструкции.
Композитный бетон из метаматериала обладает суперсжимаемостью и возможностью сбора энергии. Такие легкие и механически настраиваемые бетонные системы могут проложить путь к использованию бетона в различных областях, таких как амортизирующие инженерные материалы в аэропортах для замедления разбегающихся самолетов или системы изоляции сейсмических оснований.
Кроме того, разработанный материал способен вырабатывать электричество. Хотя он не может произвести достаточно электроэнергии для подачи в электрическую сеть, но величина и мощность генерируемого им сигнала достаточно для питания придорожных датчиков. Электрические сигналы, генерируемые метаматериалом при механическом воздействии, также могут быть использованы для мониторинга повреждений внутри бетонной конструкции или для мониторинга землетрясений, уменьшая их воздействие на здания.
В будущем эти умные структуры могут питать чипы, встроенные в дороги, чтобы помочь самодвижущимся автомобилям ориентироваться на шоссе, когда сигналы GPS слабы или система LIDAR не работает.
Материал состоит из армированных решеток ауксетичного полимера, встроенных в проводящую цементную матрицу. Композитная структура вызывает контактную электризацию между слоями при механическом воздействии (например, сжатии). Токопроводящий цемент, усиленный графитовым порошком, служит электродом в разработанной интеллектуальной системе. Экспериментальные исследования показывают, что материал может сжиматься на 15% при циклической нагрузке и вырабатывать 330 мкВт энергии.
По материалам: https://www.nanowerk.com
«Современное общество использует бетон в строительстве уже сотни лет, после того, как он был создан древними римлянами» - заявил автор исследования Амир Алави, доцент кафедры гражданского и экологического строительства в Питте. «Массовое использование бетона в наших инфраструктурных проектах требует разработки нового поколения бетонных материалов, которые были бы более экономичными, экологически устойчивыми и обладали бы расширенными функциональными возможностями. Мы считаем, что внедрение парадигмы метаматериалов в разработку строительных материалов может достичь всех этих целей".
Алави и его команда ранее разработали интеллектуальные метаматериалы и исследовали их применение как умные имплантатов. Данное исследование представляет использование метаматериалов для создания бетона, позволяя создавать материал, специально предназначенный для заранее заданных целей. Оказалось, что его характеристики, такие как хрупкость, гибкость и пластичность, могут быть точно настроены в процессе создания материала, что позволяет строителям использовать меньше материала без ущерба для прочности и долговечности создаваемой конструкции.
Композитный бетон из метаматериала обладает суперсжимаемостью и возможностью сбора энергии. Такие легкие и механически настраиваемые бетонные системы могут проложить путь к использованию бетона в различных областях, таких как амортизирующие инженерные материалы в аэропортах для замедления разбегающихся самолетов или системы изоляции сейсмических оснований.
Кроме того, разработанный материал способен вырабатывать электричество. Хотя он не может произвести достаточно электроэнергии для подачи в электрическую сеть, но величина и мощность генерируемого им сигнала достаточно для питания придорожных датчиков. Электрические сигналы, генерируемые метаматериалом при механическом воздействии, также могут быть использованы для мониторинга повреждений внутри бетонной конструкции или для мониторинга землетрясений, уменьшая их воздействие на здания.
В будущем эти умные структуры могут питать чипы, встроенные в дороги, чтобы помочь самодвижущимся автомобилям ориентироваться на шоссе, когда сигналы GPS слабы или система LIDAR не работает.
Материал состоит из армированных решеток ауксетичного полимера, встроенных в проводящую цементную матрицу. Композитная структура вызывает контактную электризацию между слоями при механическом воздействии (например, сжатии). Токопроводящий цемент, усиленный графитовым порошком, служит электродом в разработанной интеллектуальной системе. Экспериментальные исследования показывают, что материал может сжиматься на 15% при циклической нагрузке и вырабатывать 330 мкВт энергии.
По материалам: https://www.nanowerk.com
Комментарии читателей
