Ảnh:
Depositphotos
Nhưng vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất của
chúng ta cũng để lại lượng khí thải carbon đáng kinh ngạc, với quy trình sản xuất
vật liệu ngốn năng lượng này chiếm 8% lượng phát thải toàn cầu. Do đó, điều này
đã khiến các chuyên gia kỹ thuật chuyển sang sử dụng các vật liệu xây dựng khác
như lanh và các hỗn hợp khác nhau để tạo ra bê tông composite xanh hơn.
Nay các kỹ sư từ Đại học Pittsburgh (Pitt) nhắm mục tiêu
đưa nó lên tầm tương lai với sản phẩm hạ tầng thông minh nhẹ, đa chức năng, có
khả năng thích ứng cao, có thể điều chỉnh cho phù hợp với các công trình khác
nhau và thậm chí tự tạo ra điện tích.
Phó giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Pitt Amir
Alavi, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Xã hội hiện đại đã sử dụng bê
tông trong xây dựng hàng trăm năm nay sau khi được người La Mã cổ đại tạo ra nó.
Việc sử dụng rộng rãi bê tông trong các dự án cơ sở hạ tầng của chúng ta ngụ ý
nhu cầu phát triển một thế hệ vật liệu bê tông mới tiết kiệm hơn và bền vững với
môi trường hơn nhưng vẫn cung cấp các chức năng tiên tiến. Chúng tôi tin rằng
chúng tôi có thể đạt được tất cả các mục tiêu này bằng cách đưa mô hình siêu vật
liệu vào quá trình phát triển vật liệu xây dựng”.
Siêu vật liệu này được tạo thành từ các mạng polyme auxetic
được gia cố trong một ma trận xi măng dẫn điện. Xi măng dẫn điện, được tăng cường
thêm bột than chì, tạo thành điện cực và bộ kích hoạt cơ học có thể tạo ra điện
khí hóa tiếp xúc giữa các lớp. Nó không thể tạo ra đủ năng lượng để đưa vào lưới
điện nhưng nó có khả năng được sử dụng để giám sát thiệt hại bên trong các cấu
trúc bê tông ví dụ như trong trường hợp động đất.
Về mặt vật lý, bản thân siêu vật liệu có thể được tinh chỉnh
để phù hợp với nhu cầu của công trình, tăng tính linh hoạt, hình dạng và độ
giòn của vật liệu, đồng thời trong các thử nghiệm có thể ép nén tới 15% trong
khi vẫn duy trì tính toàn vẹn cấu trúc của nó.
Alavi cho biết: “Dự án này giới thiệu loại bê tông siêu vật
liệu tổng hợp đầu tiên có khả năng siêu nén và thu năng lượng. Các hệ thống bê
tông nhẹ và có thể điều chỉnh cơ học như vậy có thể mở ra cơ hội sử dụng bê
tông trong các ứng dụng khác nhau như vật liệu kỹ thuật hấp thụ sốc tại các sân
bay để giúp hãm tốc máy bay lăn bánh hoặc hệ thống cách ly cơ sở địa chấn”.
Nhóm nghiên cứu, bao gồm các kỹ sư từ Đại học Johns
Hopkins, Đại học bang New Mexico, Viện Công nghệ Georgia, Viện Năng lượng nano
và Hệ thống nano Bắc Kinh, và Trường Kỹ thuật Swanson của Pitt tin rằng vật liệu
bê tông đa chức năng có thể trở thành một thành phần được sử dụng rộng rãi
trong cơ sở hạ tầng, vì nó “có thể mở rộng, tiết kiệm chi phí và có thể tự duy
trì hoạt động của mình thông qua năng lượng khai thác xanh”.
Và cuối cùng (theo đúng nghĩa đen), sản phẩm kỹ thuật thông
minh này thậm chí có thể cung cấp năng lượng cho các chip được nhúng trong đường
cao tốc để hỗ trợ ô tô tự lái.
Tuy nhiên, trước mắt vật liệu cần được thử nghiệm quy mô lớn
và nghiên cứu sâu hơn về phương thức cách ly vật liệu tích hợp máy phát điện
nano thu năng lượng khỏi các tác nhân sức ép môi trường như độ ẩm, thời tiết ẩm
ướt và biến động nhiệt độ.
LH (Đại học Pittsburgh)