Команда исследователей из Питтсбургского университета переработала концепцию бетона для современных применений. Инженеры разработали метаматериальный бетон для разработки интеллектуальных систем гражданской инфраструктуры. Результаты их работы опубликованы в Advanced Materials.

Метаматериал - это любой материал, сконструированный таким образом, чтобы обладать свойством, неуловимым для природных материалов. Исследование знакомит с использованием метаматериалов при создании бетона, предоставляя возможность изменять его хрупкость, гибкость и формообразуемость, чтобы позволить строителям использовать меньше материала без ущерба для прочности или долговечности.

Массовое использование бетона в наших инфраструктурных проектах подразумевает необходимость разработки нового поколения бетонных материалов, которые являются более экономичными и экологически устойчивыми, но при этом обладают расширенными функциональными возможностями. Команда планирует достичь этих целей путем внедрения парадигмы метаматериалов в разработку строительных материалов для продвинутых сценариев использования.

Материал изготовлен из армированных ауксетических полимерных решеток, встроенных в проводящую цементную матрицу. По словам команды, такая конструкция вызывает контактную электризацию между слоями при механическом срабатывании, что дополнительно усиливается за счет использования графитового порошка, который служит электродом в системе.

Исследования показали, что материал может сжиматься до 15% под давлением и вырабатывать 330 мкВт мощности. Исследователи утверждают, что в результате проекта получен первый композитный материал, обладающий свойствами сжимаемости и способностью улавливать энергию.

Исследования показали, что материал достаточно эффективен для выработки электроэнергии, необходимой для питания придорожных датчиков. Кроме того, электрические сигналы, самостоятельно генерируемые бетоном из метаматериала при механических воздействиях, также могут быть использованы для мониторинга повреждений внутри бетонной конструкции или для мониторинга землетрясений при одновременном снижении их воздействия на здания.

Исследователи надеются, что эти умные конструкции помогут дальнейшему автономному вождению. Это объясняется способностью материала питать чипы, встроенные в дороги, помогают самоуправляемым автомобилям ориентироваться на шоссе, когда сигналы GPS слишком слабы.