تقویت خواص بتن با یک ماده جادویی از مغز مداد

تقویت خواص بتن با یک ماده جادویی از مغز مداد

دانشمندان کشف کرده‌اند که با گرافن که از گرافیت(مغز مداد) گرفته می‌شود، می‌توان خواص بتن را تقویت کرد.

پیشرفت فناوری‌ها مسیر تاریخ را هدایت می‌کند. برنز و آهن به حدی در گسترش جوامع بشری تاثیرگذار بودند که حتی نام عصر برنز و عصر آهن را به وجود آوردند. با ظهور صنعت فولاد آمریکا، مسیرهای ریلی از اقیانوس اطلس تا اقیانوس آرام گسترش یافتند. نیمه رساناهای سیلیکونی باعث رشد کامپیوترها و بیشترین پیشرفت فناوری اطلاعات از زمان دستگاه چاپ شدند. تمام این مواد و متریال‌ها باعث توسعه جوامع شدند و کمک کردند که کشورها بر ژئوپلیتیک تسلط پیدا کنند.

امروزه نیز همانند گذشته یک ماده جدید می‌تواند آینده را تغییر دهد. «گرافن» یکی از این متریال‌های جدید است که محققان سراسر دنیا برای کشف خواص بی‌شمار آن آزمایش‌های متعددی انجام داده‌اند. لیست طولانی خصوصیات معجزه‌آسای گرافن، بسیار شگفت‌انگیز است و می‌تواند نتایج خیره‌کننده‌ای برای آینده فیزیک و مهندسی داشته باشد.

گرافن دقیقا چیست؟

ساده‌ترین راه برای توصیف گرافن این است که این ماده، یک لایه نازک از گرافیت(مغز معداد، سرب مداد)، ماده‌ای نرم و پوسته پوسته و یا لایه لایه است.

گرافیت یکی از آلوتروپ‌های کربن عنصر است به این معنی که دارای همان اتم‌هاست اما به روشی متفاوت ترتیب‌ داده‌ شده‌اند که به مواد خاصیت متفاوتی می‌دهد.

به عنوان مثال، الماس و گرافیت نوعی از کربن هستند اما ماهیت بسیار متفاوتی دارند. الماس بسیار سخت است اما گرافیت شکننده است. اتم‌های گرافن به صورت شش ضلعی ترتیب داده شده‌اند.

اتم‌های گرافین

جالب اینجاست که وقتی گرافن از گرافیت جدا می‌گردد، دارای خواص معجزه‌آسایی می‌شود. ضخامت این ماده به اندازه یک اتم می‌باشد و اولین ماده دو بعدی است که تاکنون کشف شده است. با وجود این ویژگی‌ها، گرافن یکی از قوی‌ترین مواد موجود در جهان شناخته شده که استحکام کششی آن 130 GPa (گیگاپاسکال) است که 100 بار از فولاد قوی‌تر است.

قدرت باورنکردنی گرافن با وجود ضخامت نازکی که دارد برای توجیح معجزه‌آسا بودن این ماده کافی است اما خواص بی‌نظیر آن به همین‌جا ختم نمی‌شود.

اولین نمونه جدا شده گرافن در سال 2004 توسط آندره گیم و کنستانتین نوووسلوف در دانشگاه منچستر کشف شد. ممکن است فکر کنید که آنها این ماده را با استفاده از ماشین آلات سنگین و گران قیمت جدا کرده‌اند، اما ابزاری که آنها از آن استفاده کردند بسیار ساده بود؛ رولی از نوار چسب. این کشف در ابتدا بسیار عجیب بود و دنیای علم را درگیر یک مسئله چالش‌برانگیز بزرگ کرد. سرانجام در سال 2010 تحقیقات این دو محقق منتشر شد و گیم و نوووسلوف جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند.

کاربرد گرافن در بتن

هم اکنون که با این ماده و تاریخچه آن آشنا شدید قصد داریم تا کاربرد آن را در بتن به اختصار توضیح دهیم.

گرافن به دلیل خصوصیات معجزه‌آسایی که داشت دانشمندان را ترغیب کرد تا تحقیقات گسترده‌ای روی آن انجام دهند. یکی از این تحقیقات مربوط به کاربرد گرافن در بتن بود که نتیجه بسیار جالب و شگفت‌انگیزی داشت. با افزودن گرافن به بتن متخصصان دریافتند که مقاومت این ماده به صورت معجزه‌آسایی افزایش پیدا می‌کند. بر اساس اظهارات محققان دانشگاه اکستر (Exeter)، افزودن گرافن در بتن باعث می‌شود تا بتن در مقایسه با بتن‌های معمولی، دو برابر قوی‌تر و چهار برابر مقاومت بیشتری در برابر آب پیدا کند. این نوع بتن نه تنها بسیار مقاوم است بلکه به نوعی از مصالح ساختمانی سبز محسوب می‌شود چراکه باعث کاهش قابل ملاحظه‌ انتشار کربن می‌شود.

مونیکا کراشیون، استاد مهندسی دانشگاه اکستر، معتقد است که این نوآوری «یک تغییر دهنده بزرگ نامحدود» در معماری و صنعت ساختمان است. وی همچنین گفته است که شاید مهم‌ترین ویژگی گرافن این باشد که می‌تواند مقدار مواد مورد نیاز برای ساخت بتن را تا حدود 50٪ کاهش دهد که منجر به کاهش قابل توجهی از انتشار کربن می‌شود.

گرافن در بتن

تنظیم کننده: پ.ز