انتقال برق و تولید گرما در سیمان

به گزارش می‌متالز، از زمان اختراع بتن تاکنون، این ماده در پیشرفت تمدن، نقش اساسی داشته و هنوز علی‌رغم قرن‌ها نوآوری، به عنوان یکی از مواد مهم در ساخت و ساز قلمداد می‌شود.

تلاش چندین ساله محققان مرکز بتن پایدار بتن (CSHub) MIT، با همکاری مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه (CNRS)، نوید چشم‌انداز‌های تازه‌ای در این مسیر می‌دهد که با افزودن ویژگی‌های جدید یعنی رسانایی الکترون، بتن را پایدارتر می‌کند. رسانایی الکترون اجازه می‌دهد تا از بتن برای انواع مختلفی از کاربرد‌های جدید، از خود گرمایش گرفته تا ذخیره انرژی استفاده شود.

راهبرد این گروه تحقیقاتی بر استفاده از مواد نانوکربن بسیار رسانا در مخلوط سیمان است. در مقاله‌ای که این گروه در Physical Review Materials به چاپ رساندند، آن‌ها ضمن ارائه عواملی که رسانایی مواد را دیکته می‌کنند، این روش را تأیید کردند.

نانسی سلیمان، نویسنده اصلی مقاله در MIT CSHub، معتقد است که این تحقیق می‌تواند ابعادی کاملاً جدید به آنچه که از قبل یک ماده ساختمانی محبوب بوده، اضافه کند.

طی چند دهه گذشته، نانومواد کربنی به‌دلیل ترکیب منحصر به فرد، از جمله رسانایی به شدت مورد توجه قرار گرفته است. پیش از این دانشمندان و مهندسان توسعه موادی را پیشنهاد داده بودند که اگر در داخل بتن قرار گیرد می‌توانند به سیمان و بتن رسانایی دهند.

برای این کار جدید، نانسی سلیمان و همکارانش می‌خواستند اطمینان حاصل کنند که نانومواد کربنی که انتخاب کرده‌اند به اندازه کافی مقرون به صرفه است که در مقیاس انبوه تولید شود. او و همکارانش روی نانومواد کربن سیاه، ماده‌ای ارزان از کربن با هدایت عالی، متمرکز شدند.

سلیمان می‌گوید: بتن به‌طور طبیعی یک ماده عایق است، اما وقتی نانوذرات کربن بلک را به آن اضافه می‌کنیم، از عایق بودن به ماده‌ای رسانا تبدیل می‌شود.

سلیمان و همکارانش دریافتند که با افزودن فقط ۴ درصد وزنی از نانوذرات کربن بلک به مخلوط سیمان، می‌توانند به آستانه تراوش، نقطه‌ای که در آن بتن می‌تواند رسانا شود، برسند. آن‌ها به نتیجه جالب دیگری نیز رسیدند. این بتن می‌تواند گرما تولید کند. این به دلیل همان چیزی است که به‌عنوان اثر ژول شناخته می‌شود.

نیکولاس چانوت، یکی از نویسندگان مقاله مربوط به این پروژه در MIT CSHub، توضیح می‌دهد: گرمایش ژول (یا گرمایش مقاومتی) در اثر فعل و انفعالات بین الکترون‌های در حال حرکت ایجاد می‌شود. الکترون‌های شتاب گرفته در میدان الکتریکی هر بار که با یک اتم برخورد می‌کنند، انرژی جنبشی را مبادله می‌کنند و باعث ایجاد لرزش در اتم‌های شبکه می‌شود که به‌صورت گرما و افزایش دما در مواد ظاهر می‌شود.

آن‌ها در آزمایش‌های خود دریافتند که حتی یک ولتاژ کوچک به اندازه ۵ ولت، می‌تواند دمای سطح نمونه‌های آن‌ها (اندازه تقریبی ۵ سانتی‌متر مکعب) را تا ۴۱ درجه سانتیگراد (حدود ۱۰۰ درجه فارنهایت) افزایش دهد.

در آمریکای شمالی برف زیادی می‌بارد. برای از بین بردن این برف از جاده‌ها، نیاز به استفاده از نمک‌های یخ‌زدایی است که می‌تواند به بتن آسیب برساند و آب‌های زیرزمینی را آلوده کند. می‌توان از این بتن‌های تقویت شده با فناوری نانو برای یخ‌زدایی از سنگفرش‌های فاقد نمک جاده استفاده کرد و میلیون‌ها دلار در هزینه‌های تعمیر و بهره‌برداری صرفه‌جویی کرد و در عین حال به حفظ محیط‌زیست نیز کمک شایانی خواهد شد.

منبع: برق نیوز