В процессе исследований был разработан инновационный материал на основе цемента, способный не только поддерживать конструкции, но и генерировать и накапливать электроэнергию. Этот значительный прогресс может оказать существенное влияние на инфраструктуру будущих "умных" городов.
Созданный коллективом под руководством профессора Чжоу Яна из Юго-Восточного университета в Китае цементный гидрогелевый композит вдохновлен структурой слоистых стеблей растений, способен использовать тепловую энергию и преобразовывать ее в электричество.
На грядущей конференции SynBioBeta: The Global Synthetic Biology Conference, которая состоится в этом году, на сессии с названием «Уменьшение выбросов углекислого газа в отрасли производства бетона» будут рассмотрены актуальные проблемы, связанные с снижением выбросов, связанных с бетоном. С учетом дискуссии будет продемонстрировано, как биоинженерные материалы, такие как недавно созданный цементный композит, могут сыграть значимую роль в поощрении экологического строительства. Этот инновационный цементный материал характеризуется коэффициентом Зеебека в размере -40,5 мВ/К и коэффициентом полезного действия (ZT) 6,6×10⁻², что превышает соответствующие показатели предшествующих термоэлектрических материалов на основе цемента в десять и даже шесть раз.
Исследователи отметили, что различия в скорости диффузии катионов и анионов в цементном растворе, вызванные взаимодействием со стенками пор, придают цементу ионные термоэлектрические свойства. Электричество, производимое цементом за счет ионного термоэлектрического эффекта, оказывается слишком слабым из-за ограничений, накладываемых плотной цементной матрицей. Для устранения недостатков цемента, связанных с этим, предлагается использовать слои гидрогеля.
Для решения данной проблемы была разработана структура, состоящая из слоев традиционного цемента и гидрогеля на основе ПВС. Этот подход позволил успешно решить вопрос подвижности ионов. Слои гидрогеля играют роль проводников для ионов гидроксида (OH⁻), в то время как границы между цементом и гидрогелем специально спроектированы для крепкой связи с ионами кальция (Ca²⁺) и слабой связи с OH⁻.
Интеллектуальные системы с встроенным источником энергии представляют собой уникальный материал, который, помимо генерации электричества, способен накапливать его. Особенностью этого материала является его многослойная структура, обеспечивающая высокую прочность и возможности хранения энергии. Это означает, что постройки, дорожные покрытия и мосты из данного материала будут способны служить источником энергии для различных устройств и беспроводных систем, встроенных непосредственно в их конструкцию. Этот материал активно усиливает термоэлектрический эффект за счет ускорения движения определенных ионов и создания больших различий в их подвижности.
Благодаря многослойной структуре CPC и созданным многочисленным интерфейсам, возникает множество точек взаимодействия, усиливающих роль цементных ионов в улучшении термоэлектрических свойств. «Проложив путь к разработке и производству ионных термоэлектрических материалов высокой эффективности, биомиметическая структура и механизм селективной иммобилизации на границе раздела фаз могут сделать революцию», подчеркнули специалисты. Фантазируйте о тротуарах, которые обеспечивают энергией уличные фонари, или мостах, самостоятельно контролирующих своё состояние без внешних источников питания. Этот прорыв способен изменить перспективы в области строительства.
Благодаря прогрессу умственных технологий и увеличению размеров городов, возникают новые возможности для исследования более устойчивых и экологически чистых материалов, таких как данный композит на основе цемента и гидрогеля.