نیازی به نمک پاشی کف خیابان برای آب کردن یخ نیست - مجله سفر به کانادا

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرنگاران، همکاری بین موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه باعث ایجاد سیمانی شده است که موجب انتقال برق و فراوری گرما می گردد. این فناوری می تواند برای کف سازی خیابان و جاده ها استفاده گردد تا در روز های برفی، به آب شدن سریع یخ از کف خیابان یاری کند.

از زمان اختراع بتن تا به امروز، این ماده در پیشرفت تمدن، نقش اساسی داشته و هنوز علی رغم قرن ها نوآوری، به عنوان یکی از مواد مهم در ساخت و ساز قلمداد می گردد.

کوشش چندین ساله محققان مرکز بتن پایدار بتن (CSHub) MIT، با همکاری مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه (CNRS)، نوید چشم انداز های تازه ای در این راستا می دهد که با افزودن ویژگی های جدید یعنی رسانایی الکترون، بتن را پایدارتر می نماید. رسانایی الکترون اجازه می دهد تا از بتن برای انواع مختلفی از کاربرد های جدید، از خود گرمایش گرفته تا ذخیره انرژی استفاده گردد.

راهبرد این گروه تحقیقاتی بر استفاده از مواد نانوکربن بسیار رسانا در مخلوط سیمان است. در مقاله ای که این گروه در Physical Review Materials به چاپ رساندند، آن ها ضمن ارائه عواملی که رسانایی مواد را دیکته می نمایند، این روش را تأیید کردند.

نانسی سلیمان، نویسنده اصلی مقاله در MIT CSHub، معتقد است که این تحقیق می تواند ابعادی کاملاً جدید به آنچه که از قبل یک ماده ساختمانی محبوب بوده، اضافه کند.

طی چند دهه گذشته، نانومواد کربنی به دلیل ترکیب منحصر به فرد، از جمله رسانایی به شدت مورد توجه قرار گرفته است. پیش از این دانشمندان و مهندسان توسعه موادی را پیشنهاد داده بودند که اگر در داخل بتن قرار گیرد می توانند به سیمان و بتن رسانایی دهند.

برای این کار جدید، نانسی سلیمان و همکارانش می خواستند اطمینان حاصل نمایند که نانومواد کربنی که انتخاب نموده اند به اندازه کافی مقرون به صرفه است که در مقیاس انبوه فراوری گردد. او و همکارانش روی نانومواد کربن سیاه، ماده ای ارزان از کربن با راهنمایی عالی، متمرکز شدند.

سلیمان می گوید: بتن به طور طبیعی یک ماده عایق است، اما وقتی نانوذرات کربن بلک را به آن اضافه می کنیم، از عایق بودن به ماده ای رسانا تبدیل می گردد.

سلیمان و همکارانش دریافتند که با افزودن فقط 4 درصد وزنی از نانوذرات کربن بلک به مخلوط سیمان، می توانند به آستانه تراوش، نقطه ای که در آن بتن می تواند رسانا گردد، برسند. آن ها به نتیجه جالب دیگری نیز رسیدند. این بتن می تواند گرما فراوری کند. این به دلیل همان چیزی است که به عنوان اثر ژول شناخته می گردد.

نیکولاس چانوت، یکی از نویسندگان مقاله مربوط به این پروژه در MIT CSHub، شرح می دهد: گرمایش ژول (یا گرمایش مقاومتی) در اثر فعل و انفعالات بین الکترون های در حال حرکت ایجاد می گردد. الکترون های شتاب گرفته در میدان الکتریکی هر بار که با یک اتم برخورد می نمایند، انرژی جنبشی را مبادله می نمایند و باعث ایجاد لرزش در اتم های شبکه می گردد که به صورت گرما و افزایش دما در مواد ظاهر می گردد.

آن ها در آزمایش های خود دریافتند که حتی یک ولتاژ کوچک به اندازه 5 ولت، می تواند دمای سطح نمونه های آن ها (اندازه تقریبی 5 سانتی متر مکعب) را تا 41 درجه سانتیگراد (حدود 100 درجه فارنهایت) افزایش دهد.

در آمریکای شمالی برف زیادی می بارد. برای از بین بردن این برف از جاده ها، احتیاج به استفاده از نمک های یخ زدایی است که می تواند به بتن آسیب برساند و آب های زیرزمینی را آلوده کند. می توان از این بتن های تقویت شده با فناوری نانو برای یخ زدایی از سنگفرش های فاقد نمک جاده استفاده کرد و میلیون ها دلار در هزینه های تعمیر و بهره برداری صرفه جویی کرد و در عین حال به حفظ محیط زیست نیز یاری شایانی خواهد شد.