Nghiên cứu mới giới thiệu loại bê tông siêu vật liệu giúp phát triển hệ thống cơ sở hạ tầng dân dụng thông minh. Bài báo "Hệ thống bê tông siêu vật liệu tích hợp máy phát điện nano đa chức năng cho cơ sở hạ tầng dân dụng thông minh" đã trình bày một khái niệm mới về các hệ thống bê tông nhẹ và có thể điều chỉnh bằng cơ học, sở hữu chức năng cảm biến và thu hoạch năng lượng tích hợp.

Amir Alavi, trợ giảng về kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Đại học Pittsburgh, đồng thời là tác giả của nghiên cứu mới này cho biết: Việc sử dụng bê tông rộng rãi trong các dự án cơ sở hạ tầng ngụ ý nhu cầu phát triển một thế hệ vật liệu bê tông mới tiết kiệm và bền vững với môi trường hơn, đồng thời cung cấp các chức năng tiên tiến. Chúng tôi tin nhóm nghiên cứu có thể đạt được tất cả các mục tiêu này bằng cách đưa mô hình siêu vật liệu vào phát triển vật liệu xây dựng.

Nghiên cứu mới giới thiệu sử dụng siêu vật liệu trong việc tạo ra bê tông, giúp vật liệu có thể được thiết kế đặc biệt cho mục đích nào đó. Các thuộc tính như độ giòn, tính linh hoạt và khả năng tạo hình có thể được tinh chỉnh trong quá trình tạo vật liệu, cho phép các nhà chế tạo sử dụng ít vật liệu hơn, tuy nhiên vẫn không làm giảm độ bền hoặc tuổi thọ của chúng.

Theo Alavi, dự án giới thiệu loại bê tông siêu vật liệu tổng hợp đầu tiên có khả năng siêu nén và thu năng lượng. Các hệ thống bê tông nhẹ và có khả năng điều chỉnh cơ học như vậy có thể mở ra ứng dụng sử dụng bê tông trong vật liệu kỹ thuật hấp thụ sốc tại các sân bay, giúp máy bay di chuyển chậm lại hoặc hệ thống cách ly cơ sở địa chấn.

Không chỉ vậy, vật liệu này còn có khả năng tạo ra điện. Mặc dù chúng không thể sản xuất đủ điện năng để gửi đến lưới điện, nhưng lượng điện được tạo ra sẽ đủ để cung cấp năng lượng cho các cảm biến bên đường. 

Các tín hiệu điện do bê tông siêu vật liệu tự tạo ra dưới các kích thích cơ học cũng có thể được sử dụng để theo dõi thiệt hại bên trong kết cấu bê tông hoặc theo dõi động đất, đồng thời giảm tác động của các hệ quả này lên tòa nhà.

Cuối cùng, những cấu trúc thông minh này thậm chí có thể cung cấp năng lượng cho các chip gắn dưới đường, giúp ô tô tự lái điều hướng trên đường cao tốc khi tín hiệu GPS quá yếu hoặc LIDAR không hoạt động.

Vật liệu này bao gồm các mạng polyme auxetic gia cố trong một ma trận xi măng dẫn điện. Cấu trúc hỗn hợp tạo ra điện khí hóa tiếp xúc giữa các lớp khi gặp tác động cơ học. Xi măng dẫn điện, cùng với bột than chì, đóng vai trò điện cực trong hệ thống. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy vật liệu này có thể nén tới 15% khi chịu tải theo chu kỳ và tạo ra công suất 330 μW.

Nhóm nghiên cứu đang hợp tác với Bộ Giao thông vận tải Pennsylvania (PennDOT) để phát triển loại bê tông siêu vật liệu này  và đưa vào sử dụng trên các con đường ở bang Pennsylvania, Mỹ.

Hải Hà