31.03.2023
Beton ist das in Spanien am häufigsten verwendete Material im Baugewerbe. Normalerweise wird er aus Zement, Sand und Kies oder Stein hergestellt, aber dank des technologischen Fortschritts können auch andere Elemente wie Eierschalen oder Altreifen zur Herstellung verwendet werden. Jetzt erfinden Ingenieure ihr Design neu, indem sie ein multifunktionales, leichtes Metamaterial verwenden, das von sich aus Strom erzeugen kann.
Wissenschaftler der University of Pittsburgh (Pitt) in Pennsylvania, USA, wollen Beton mit Hilfe eines Metamaterials – einer heterogenen Ansammlung künstlicher Materialien, die besondere elektromagnetische Eigenschaften besitzen – für die Entwicklung intelligenter Infrastrukturen auf ein neues Niveau bringen. In ihren Forschungsarbeiten stellen sie ein neues Konzept für leichte, mechanisch anpassbare Betonsysteme vor, die in ihrem Inneren in der Lage sind, Energie zu erfassen, zu erzeugen und zu nutzen.
„Der massive Einsatz von Beton in unseren Infrastrukturprojekten macht es erforderlich, eine neue Generation von Betonmaterialien zu entwickeln, die wirtschaftlicher und umweltverträglicher sind und gleichzeitig fortschrittliche Funktionen bieten. Wir können all diese Ziele erreichen, indem wir ein Metamaterial-Paradigma in die Entwicklung von Baumaterialien einführen“, so Amir Alavi, Assistenzprofessor für Bau- und Umwelttechnik an der Pitt, in einer offiziellen Erklärung.
Wie es Strom erzeugt
Es ist nicht das erste Mal, dass diese Forschergruppe mit Metamaterialien arbeitet, denn in einem früheren Projekt haben sie sie für Zahnimplantate verwendet. Diesmal haben sie dieses Element jedoch dazu verwendet, einen äußerst anpassungsfähigen Beton zu schaffen, da Eigenschaften wie Sprödigkeit, Flexibilität und Form angepasst werden können, so dass die Bauherren weniger Material verwenden können, ohne auf Festigkeit oder Langlebigkeit verzichten zu müssen.
Das Metamaterial besteht aus Netzwerken aus auxetischen Polymeren, die in einer Matrix aus leitfähigem Zement verstärkt sind. Diese Matrix haben die Forscher mit Graphitpulver angereichert, um die Elektrode zu bilden, während ein mechanischer Auslöser oder Nanogenerator durch den Kontakt zwischen den Schichten eine Elektrifizierung erzeugen kann. Das heißt, er kann seine eigene elektrische Ladung erzeugen.
Sie kann noch nicht genug Strom erzeugen, um ihn in das Stromnetz einzuspeisen, aber die Wissenschaftler erzeugen Energie, die es ihr ermöglichen würde, in Straßen eingebettete Sensoren zu betreiben, einschließlich künftiger Sensoren, die autonomen Fahrzeugen beim Fahren helfen sollen, wenn die GPS-Signale zu schwach sind oder die LIDAR-Technologie nicht funktioniert.
Neben der elektrischen Leistung kann es auch zur Überwachung von Schäden in der Struktur von Bauwerken oder zur Erkennung der Auswirkungen von Phänomenen wie Erdbeben auf Gebäude eingesetzt werden. Darüber hinaus kann das Metamaterial selbst physikalisch an jede Konstruktion angepasst werden, indem seine Flexibilität, Form und Zerbrechlichkeit verändert wird. Nach den von den Forschern durchgeführten Tests kann es unter Beibehaltung seiner strukturellen Integrität um bis zu 15 Prozent komprimiert werden und 330 μW Leistung erzeugen.
Von El Español Diario.
