Авторката на изследването Анге-Тереза Аконо с проба от цимент с графен
(снимка: Northwestern University)
Докато учените търсят начини за повишаване на здравината и издръжливостта на бетона, може би не е голяма изненада, че графенът се оказва и обещаваща добавка. Като най-здрав изкуствен материал в света той може да предложи много на строителството, а последният пример за това идва от изследователи от Северозападния университет в САЩ, разработили нова форма на цимент с графенови частици, който е силно устойчив на вода и пукнатини.
Като ключова съставка в производството на бетон, най-широко използваният материал в света, циментът има огромен отпечатък върху околната среда. Един от начините, чрез които изследователите се надяват да намалят тази вреда, е разработването на форми на бетона, които траят много по-дълго. Това би трябвало да намали нуждата от допълнителен бетон, който да замени компрометираните конструкции.
Една от причините бетонните конструкции да се увреждат е образуването на пукнатини, отбелязва NewAtlas. Когато водата проникне в малките цепнатини, тя уврежда материала отвътре. Така той постепенно стига до състояние, в което се налага ремонт или подмяна. Графенът може да помогне тук.
Изследователите от Northwestern University са намерили „рецепта” за цимент с вложени в него малки частици от графен, които правят бетона по-устойчив на вода. Екипът е експериментирал с редица видове частици, включително въглеродни нанотръбички, въглеродни нанофибри и графенови „нанотромбоцити”, а след това тествал тяхната ефективност чрез усъвършенствана техника, известна като тестване на надраскване.
„Успях да разгледам много различни материали едновременно”, казва водещият автор на изследването Анж-Тереза Аконо. „Моят метод се прилага директно на микрометрово и нанометрово ниво, което спестява значително време. След това можем да разберем как се държат материалите, как се напукват и в крайна сметка да предскажем тяхната устойчивост на счупване”.
Експериментите са позволили на учените да променят състава на цимента, за да подобрят неговите характеристики. Чрез този процес екипът е установил, че въпросните „графенови нанотромбоцити” са най-успешната съставка, която – според тях – може да бъде включена в малки количества, за да се подобри устойчивостта на крайния продукт. Това е постигнато чрез намаляване на порьозността на материала и следователно проникването на вода, което е редуцирано със 78%.
„Ролята на наночастиците в това приложение не е разбрана досега, така че това е голям пробив”, казва Аконо. „Като експерт по механика на фрактурите исках да разбера как да променя производството на цимент, за да подобря реакцията на фрактури”, споделя тя за предизвикателството в разработката.