混凝土是建筑行業(yè)中最常用的材料，其歷史可追溯至羅馬帝國。據(jù)外媒報(bào)道，匹茲堡大學(xué)（University of Pittsburgh）的工程師們開始重新設(shè)想21世紀(jì)的混凝土，或?qū)椭詣?dòng)駕駛汽車在GPS信號(hào)較弱的情況下提供幫助，以安全行駛在高速公路上。

圖片來源：匹茲堡大學(xué)

新研究引入了用于智能民用基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)開發(fā)的超材料混凝土。相關(guān)論文題為“用于智能民用基礎(chǔ)設(shè)施的多功能納米發(fā)電機(jī)集成超材料混凝土系統(tǒng)（Multifunctional Nanogenerator-Integrated metamaterial Concrete Systems for Smart Civil Infrastructure）”。論文中提出了一種新概念，用于具有集成能量收集和傳感功能的輕型和機(jī)械可調(diào)混凝土系統(tǒng)。

匹茲堡大學(xué)土木與環(huán)境工程助理教授Amir Alavi表示：“在古羅馬人最初創(chuàng)造混凝土之后，現(xiàn)代社會(huì)數(shù)百年來一直在建筑中使用混凝土。在我們的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中大量使用混凝土意味著需要開發(fā)新一代的混凝土材料，這些材料更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保，而且具有先進(jìn)的功能。我們相信，我們可以通過將超材料范例引入到建筑材料的開發(fā)中?！?/p>

此前，Alavi及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)出具有自我意識(shí)的超材料，并探索它們在智能植入物等應(yīng)用中的用途。本研究介紹了超材料在混凝土制作中的應(yīng)用，使材料可以根據(jù)其用途進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。脆性、柔韌性和可塑性等屬性可以在材料的創(chuàng)建過程中進(jìn)行微調(diào)，使建筑商能夠在不犧牲強(qiáng)度或壽命的情況下使用更少的材料。

Alavi表示：“該項(xiàng)目展示了第一種具有超強(qiáng)壓縮性和能量收集能力的復(fù)合超材料混凝土。這種輕質(zhì)且機(jī)械可調(diào)的混凝土系統(tǒng)可以將混凝土應(yīng)用于更多領(lǐng)域，例如機(jī)場的減震工程材料以幫助減緩失控的飛機(jī)，或地震基礎(chǔ)隔離系統(tǒng)?！?/p>

不僅如此，這種材料還能發(fā)電。雖然它不能產(chǎn)生足夠的電力來向電網(wǎng)供電，但產(chǎn)生的信號(hào)足以為路邊傳感器供電。超材料混凝土在機(jī)械激勵(lì)下自行產(chǎn)生的電信號(hào)也可用于監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損壞或監(jiān)測地震，同時(shí)減少地震對建筑物的影響。

不僅如此，這些智能結(jié)構(gòu)甚至可以為嵌入道路的芯片供電，以幫助自動(dòng)駕駛汽車在GPS信號(hào)太弱或激光雷達(dá)不工作時(shí)在高速公路上行駛。

該材料由嵌入導(dǎo)電水泥基質(zhì)中的增強(qiáng)拉脹聚合物晶格組成。當(dāng)機(jī)械觸發(fā)時(shí)，復(fù)合結(jié)構(gòu)會(huì)在層之間引起接觸帶電，而石墨粉增強(qiáng)的導(dǎo)電膠會(huì)作為系統(tǒng)中的電極。實(shí)驗(yàn)研究表明，該材料在循環(huán)載荷下最多可壓縮15%，并產(chǎn)生330 μW的功率。

該研究團(tuán)隊(duì)正與賓夕法尼亞交通部（PennDOT）合作開發(fā)這種超材料混凝土，以用于賓夕法尼亞道路。