تلاش چندین ساله محققین دانشگاه «MIT» و مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه (CNRS)، با تغییر در ساختار اولیه بتن، افزایش کارایی و پایداری این ماده را به دنبال داشته است. در محصول جدید تولید شده، ویژگی هدایت الکترونی نیز به بتن اضافه شده که کاربردهای گسترده و جدیدی را برای این ماده ایجاد می‌نماید.

از هزاران سال قبل، اختراع بتن نقشی اساسی در پیشرفت تمدن بشری ایفا نموده و از این ماده، در طیف وسیعی از کاربردها، اعم از ساخت پل‌ها، ساختمان‌ها و ... استفاده شده است. علیرغم سال‌ها نوآوری، اما هنوز هم ساختار اولیه این ماده آنچنان با تغییر روبرو نشده است. این در حالی است که محققین هاب تحقیقاتی بتن در «MIT»، در یک همکاری فناورانه، موفق به تغییراتی در این ماده شده‌اند. رسانش الکترونی، ویژگی‌هایی نظیر خودگرمایشی و ذخیره‌سازی انرژی را نیز برای بتن ممکن می‌سازد. در این فناوری، از نانو مواد کربنی بسیار رسانا برای ایجاد رسانش الکترونی استفاده شده است. افزودن کنترل شده این مواد به مخلوط سیمان، ابعاد کاملاً جدیدی به این ماده محبوب ساختمانی می‌بخشد، به‌طوری که احتمالاً در سال‌های آتی، نگاه‌ها را به آن تغییر خواهد داد.

نانو مواد کربنی، به دلیل ترکیب منحصربه‌فرد خود، ویژگی رسانایی بسیار بالایی داشته و از همین رو، قبلاً هم ایده استفاده از آن‌ها در سیمان مطرح شده بود. نوآوری کلیدی تیم تحقیق هم در همین مسئله نهفته است. آن‌ها موفق به انتخاب نوع خاصی از مواد نانوکربنی شده‌اند که در عین رسانایی بتن، به اندازه کافی مقرون‌به‌صرفه بوده و امکان تولید به مقیاس آن نیز فراهم می‌باشد. این ماده که اصطلاحاً نانوکربن سیاه (Nanocarbon Black) نامیده می‌شود، ماده‌ای ارزان با رسانایی بسیار خوب بوده و هنگامی که به بتن به‌عنوان یک ماده عایق افزوده می‌شود، آن را به ماده‌ای رسانا مبدل می‌سازد. جالب اینجا است که تنها با افزودن 4 درصد نانوکربن سیاه، این ویژگی رسانایی حاصل می‌گردد!

پس از تولید این بتن و آزمایشات صورت گرفته، نتیجه جالب دیگری هم به دست آمد که مسیر توسعه فناوری را به کلی متحول می‌کند: «محصول نهایی، قابلیت تولید گرما داشت». نیکولاس چانوت (Nicolas Chanut)، از اعضای تیم تحقیق در این خصوص می‌گوید: «اثر ژول (یا گرمایش مقاومتی)، در نتیجه فعل و انفعالات بین الکترون‌های در حال حرکت و اتم‌ها در یک هادی ایجاد می‌شود. الکترون‌های شتاب گرفته در میدان الکتریکی، هر بار که با یک اتم برخورد می‌کنند، انرژی جنبشی را مبادله نموده و باعث ایجاد لرزش در اتم‌های شبکه می‌شوند و این مسئله، به صورت گرما و افزایش دما ظاهر می‌گردد». بنا بر آزمایشات صورت گرفته، حتی یک ولتاژ کوچک 5 ولتی هم، می‌تواند درجه حرارت سطوح نمونه‌ای 5 سانتی‌متر مکعب را تا 41 درجه سانتی‌گراد (حدود 100 درجه فارنهایت) افزایش دهد. چانوت عقیده دارد که این فناوری، می‌تواند برای گرمایش كف در محیط‌های داخلی ساختمان، یک گزینه ایده‌آل باشد: «گرمایش داخلی، عموماً با گردش آب گرم شده در لوله‌های زیرزمینی انجام می‌شود که چالش‌های خاص خود در زمینه تولید و نگهداری دارد. هنگامی که سیمان به عنصر گرمایشی تبدیل می‌شود، نصب سیستم گرمایشی ساده‌تر و قابل‌اطمینان‌تر بوده و از طرفی، به دلیل پراکندگی بسیار خوب نانوذرات در مواد، توزیع گرمایی با همگنی بیشتری همراه خواهد بود».

گفتنی است، یکی دیگر از کاربردهای بتن رسانای حاوی نانو مواد کربنی، حذف نمک برای یخ‌زدایی جاده‌ها و باند فرودگاه‌ها است. برای از بین بردن برف جاده‌ها، نیاز به استفاده از نمک‌های یخ‌زدا است که می‌تواند به بتن آسیب رسانده و آب‌های زیرزمینی را آلوده کند. کامیون‌های سنگین که برای نمک‌گذاری جاده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، خود به دلیل وزن بالا، می‌توانند منجر به آسیب بیشتر سطوح شده و در عین حال، هزینه بالایی را به شهرداری‌ها تحمیل می‌کنند. با استفاده از سیمان ابداعی، یخ‌زدایی جاده بدون نیاز به نمک امکان‌پذیر شده و علاوه بر مزایای زیست‌محیطی، میلیون‌ها دلار در هزینه‌های تعمیر و بهره‌برداری نیز صرفه‌جویی می‌شود.

مرجع: «Nanowerk»