科学家发明轻质机械可调混凝土系统 具有能量收集和传感能力

匹兹堡大学的工程师们正在通过重新想象混凝土的设计将其带入21世纪。混凝土的历史可以追溯到罗马帝国，它仍然是建筑业中最广泛使用的材料。一项新的研究提出了一个概念，即通过引入超材料混凝土来发展智能民用基础设施系统。该研究提出了一个轻质和机械可调的混凝土系统的概念，该系统具有集成的能量收集和传感能力。

皮特大学土木与环境工程系助理教授Amir Alavi说："现代社会在建筑中使用混凝土已经有几百年了，这是由古罗马人最初创造的，在我们的基础设施项目中大量使用混凝土意味着需要开发新一代的混凝土材料，使其更加经济和环境可持续，同时提供先进的功能。我们相信，通过在建筑材料的开发中引入超材料范式，我们可以实现所有这些目标。"

Alavi和他的团队之前已经开发了自我意识的超材料，并探索了它们在智能植入物等应用中的用途。这项研究引入了超材料在混凝土创造中的使用，使材料有可能被专门设计用于其目的。脆性、灵活性和可塑性等属性可以在材料的创造过程中进行微调，使建设者能够在不牺牲强度或寿命的情况下减少材料的使用。

这个项目提出了第一个具有超压缩性和能量收集能力的复合超材料混凝土。这种轻质和机械可调的混凝土系统可以为混凝土在各种应用中的使用打开一扇大门，如机场的减震工程材料，以帮助减缓失控的飞机或地震基础隔离系统。

不仅如此，这种材料还能够发电。虽然它不能产生足够的电力来向电网送电，但产生的信号将足以为路边的传感器供电。超材料混凝土在机械激励下自我产生的电信号也可用于监测混凝土结构内部的损坏，或监测地震，同时减少其对建筑物的影响。

最终，这些智能结构甚至可以为嵌入道路内部的芯片供电，在GPS信号太弱或激光雷达不起作用时，帮助自驾车在高速公路上导航。

该材料由嵌入导电水泥基体中的增强型辅助聚合物格子组成。当机械触发时，这种复合结构会在各层之间诱发接触电化。用石墨粉增强的导电水泥在该系统中充当电极。实验研究表明，该材料在循环负载下可以压缩到15%，并产生330微瓦的功率。