Posts

Loại bê tông có khả năng sản xuất điện

Các kỹ sư Đại học Pittsburgh (Pitt) phát triển một loại bê tông thông minh đa năng siêu nhẹ, có thể điều chỉnh đặc tính cho nhiều công trình khác nhau và tự sản xuất điện.

Siêu vật liệu mới cấu tạo từ mạng lưới polymer auxetic gia cố bên trong ma trận xi măng dẫn điện. Xi măng dẫn điện được củng cố bằng bột graphite, tạo thành điện cực. Một kích thích cơ học có thể dẫn tới điện khí hóa giữa các lớp. Bê tông do nhóm nghiên cứu của Amir Alavi, trợ lý giáo sư ngành kỹ thuật dân dụng và môi trường ở Pitt tạo ra không thể sản xuất đủ năng lượng để đưa vào lưới điện, nhưng có thể dùng để theo dõi thiệt hại bên trong công trình bê tông, ví dụ trong trường hợp động đất.

“Việc sử dụng bê tông rộng rãi trong dự án cơ sở hạ tầng đòi hỏi phát triển một thế hệ vật liệu bê tông mới tiết kiệm và bền vững về mặt môi trường nhưng vẫn cung cấp những chức năng tiên tiến. Chúng tôi tin chắc có thể đạt mọi mục tiêu trên bằng cách đưa siêu vật liệu vào phát triển vật liệu xây dựng”, Alavi cho biết.

 Mô phỏng sử dụng vật liệu bê tông thông minh trên đường cao tốc. Ảnh: Amir Alavi

Bản thân siêu vật liệu có thể được tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu xây dựng, thay đổi độ linh hoạt, hình dáng và độ giòn. Trong các thử nghiệm, nó có thể nén tới 15% mà vẫn duy trì độ liền khối của kết cấu.

“Dự án này tạo ra bê tông siêu vật liệu tổng hợp đầu tiên với độ nén siêu cao và khả năng sản xuất điện. Những hệ thống bê tông siêu nhẹ và dễ điều chỉnh cơ học như vậy có thể mở đường cho việc sử dụng bê tông trong nhiều ứng dụng đa dạng như vật liệu giảm xóc ở sân bay, giúp giảm tốc độ cho máy bay trên đường băng hoặc bộ cách ly địa chấn”, Alavi nói.

Nhóm nghiên cứu hy vọng loại bê tông đa năng mới có thể được sử dụng rộng rãi trong cơ sở hạ tầng. Vật liệu thông minh này thậm chí có thể cung cấp điện cho chip gắn trong đường cao tốc để hỗ trợ xe tự lái. Tuy nhiên, trong tương lai gần, các nhà khoa học sẽ cần thử nghiệm trên quy mô lớn và tìm hiểu làm thế nào để ngăn cách vật liệu với áp lực môi trường như độ ẩm, thời tiết ướt át và biến động nhiệt độ.

Bảo Lâm
https://vietq.vn/loai-be-tong-co-kha-nang-san-xuat-dien-d214142.html

Phát triển bê tông siêu vật liệu cho hệ thống cơ sở hạ tầng thông minh

Các kỹ sư tại Đại học Pittsburgh, Mỹ phát triển kỹ thuật sản xuất bê tông thế hệ mới bằng giải pháp thiết kế mô phỏng cấu trúc loại vật liệu quan trọng, sử dụng rộng rãi trong xây dựng.

Các nhà khoa học Mỹ đã thực hiện nghiên cứu mới, mô phỏng ý tưởng phát triển hệ thống cơ sở hạ tầng dân dụng thông minh cùng với sự ra đời của bê tông siêu vật liệu. Nghiên cứu trình bày khái niệm về loại bê tông nhẹ và có thể điều chỉnh cơ học với khả năng cảm biến và thu thập năng lượng tích hợp.

Amir Alavi, PGS kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Pittsburgh, tác giả nghiên cứu cho biết: “Xã hội hiện đại đang sử dụng bê tông trong xây dựng hàng trăm năm, được người La Mã cổ đại sáng tạo ra. Việc sử dụng rộng rãi bê tông trong các dự án cơ sở hạ tầng thúc đẩy nhu cầu phát triển thế hệ vật liệu bê tông mới, tiết kiệm nguyên vật liệu và bền vững với môi trường hơn, đồng thời cung cấp những chức năng tiên tiến. Chúng tôi tin rằng, có thể đạt được tất cả mục tiêu này bằng phương pháp đưa mô hình siêu vật liệu vào quá trình phát triển vật liệu xây dựng”.

Nhóm nghiên cứu của PGS Alavi trước đây đã phát triển siêu vật liệu tự nhận thức và khám phá việc sử dụng vật liệu sáng tạo này trong những ứng dụng như cấy ghép thông minh. Nghiên cứu này giới thiệu khả năng sử dụng siêu vật liệu trong quy trình sản xuất bê tông, trong đó vật liệu có thể được thiết kế đặc biệt cho mục đích sử dụng. Những thuộc tính kỹ thuật như độ giòn gẫy, tính linh hoạt, khả năng tạo hình có thể được tinh chỉnh trong quá trình chế tạo vật liệu, cho phép các nhà sản xuất sử dụng ít vật liệu hơn mà không làm giảm độ bền hoặc tuổi thọ của công trình.


Bê tông siêu vật liệu có thể tạo ra điện năng, hãm chậm máy bay hoặc hoạt động trong các bộ cách ly cơ sở địa chấn. Ảnh: Amir Alavi

GS Alavi cho biết: “Dự án này giới thiệu ý tưởng về loại bê tông siêu vật liệu tổng hợp đầu tiên, có khả năng siêu nén và hấp thu năng lượng. Những hệ thống bê tông nhẹ và có thể điều chỉnh cơ học như vậy mở ra cơ hội sử dụng bê tông trong vô số những ứng dụng khác nhau như vật liệu kỹ thuật hấp thụ xung sốc tại các sân bay, khiến máy bay chạy chậm lại khi hạ cánh hoặc hệ thống cách ly cơ sở để bảo vệ công trình chống lại địa chấn”.

Không chỉ vậy, siêu vật liệu còn có khả năng sản xuất điện. Mặc dù vật liệu thông minh này không thể sản xuất đủ điện để cung cấp năng lượng cho lưới điện, nhưng xung điện tạo ra sẽ đủ để cung cấp năng lượng cho những cảm biến bên đường. Những tín hiệu xung điện do bê tông siêu vật liệu tự tạo ra dưới các kích thích cơ học cũng có thể được sử dụng để theo dõi tổn thất bên trong kết cấu bê tông, theo dõi địa chấn và cảnh báo địa chấn đồng thời giảm tác động của sóng địa chấn lên các tòa nhà.

Hơn thế nữa, những cấu trúc bê tông thông minh tùy chỉnh có thể cung cấp năng lượng cho những con chip, được nhúng bên trong đường giúp ô tô tự lái điều hướng trên đường cao tốc, bổ sung cho hệ thống điều khiển và dự phòng tình huống tín hiệu GPS yếu hoặc thiết bị Lidar không hoạt động.

Siêu vật liệu cho bê tông thế hệ mới là các mạng polymer auxetic gia cố chắc chắn, nhúng trong một ma trận xi măng dẫn điện. Cấu trúc hỗn hợp tạo ra điện khí hóa tiếp xúc giữa các lớp khi bị kích hoạt cơ học.

Xi măng dẫn điện là xi măng thông thường được tăng cường bằng bột than chì, đóng vai trò điện cực trong hệ thống bê tông thông minh. Những nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, vật liệu này có thể nén xuống tới 15% khi chịu tải theo chu kỳ lặp đi lặp lại, tương tự như ô tô chạy trên đường, tạo ra điện năng có công suất 330 μW.

Nhóm nghiên cứu đang hợp tác với Bộ Giao thông vận tải Pennsylvania (PennDOT) thông qua Hiệp hội Khoa học và kỹ thuật cơ sở hạ tầng IRISE Consortium tại Pitt để phát triển loại bê tông siêu vật liệu nhằm sử dụng trên các con đường ở Pennsylvania. Dự án có sự tham gia của các nhà nghiên cứu từ Đại học Johns Hopkins, Đại học bang New Mexico, Viện Công nghệ Georgia, Viện Năng lượng nano và Hệ thống nano Bắc Kinh, Trường Kỹ thuật Swanson của Pittsburgh.

Bảo Lâm
https://vietq.vn/phat-trien-be-tong-sieu-vat-lieu-cho-he-thong-co-so-ha-tang-thong-minh-d210529.html