Виглядає як звичайний бетон, але володіє надзвичайною силою.
Джеймс Бейкер, виконавчий директор Graphene@Manchester, не міг повірити в те, що бачив, спостерігаючи за встановленням нової роликової площадки для дискотеки в комплексі Depot Mayfield у Манчестері.
Бетонна плита застигала настільки швидко й міцно, що будівельники почали ковзати полірувальними машинами по найсухішій частині підлоги, поки їхні колеги ще заливали інший кінець ковзанки.
“Зазвичай вам доводиться чекати тиждень, перш ніж ми зможемо це зробити”, – каже він. Монтаж у жовтні минулого року тривав менше доби.
Цей бетон був особливим, оскільки він містив невелику, але трансформуючу кількість графену.
У графені атоми вуглецю утворюють гексагональну решітку
Графен є найміцнішим матеріалом з коли-небудь відкритих, але протягом майже двох десятиліть він намагався знайти свою революційну роль у комерційних продуктах.
Окрім покращення механічних властивостей матеріалів, є надія, що графен може зробити деякі проєкти більш екологічними.
«Додаючи лише 0,1% графену в цемент і заповнювач, ви можете використовувати менше матеріалу, щоб отримати ту саму продуктивність», — пояснює пан Бейкер. За його оцінками, зменшення кількості бетону, який використовується в будівництві, наприклад, на 30%, могло б знизити глобальні викиди CO2 на 2-3%.
Крім роликової площадки, містер Бейкер і його колеги також випробували наповнений графеном бетон, на покритті спортивних залів у Вілтширі та деяких дорожніх проєктах, включаючи ділянку A1 завдовжки кілька сотень метрів у Нортумберленді.
Пан Бейкер пояснює, що ці перші випробування включали досить прості проєкти – плити перекриття, а не стіни чи підняті платформи, що може бути більш ризикованим. Наразі бетон працює, як і очікувалося.
Джеймс Бейкер та його колеги випробовували графен у будівельних проектах
Але чому графен так впливає на бетон? Вуглецеві волокна раніше використовувалися для зміцнення бетону, і графен (хоча його пластівці набагато менші за розміром, ніж вуглецеві волокна) відіграє подібну роль, каже Ліза Скалліон з Інноваційного центру графенової техніки Манчестерського університету.
Фрагменти графену можуть змінити спосіб схоплювання бетону навколо нього.
Крім бетону, графен може покращити довговічність фарб і покриттів, захищаючи їх від іржі. «Оскільки у вас є всі ці крихітні пластівці, вода та корозійні іони не можуть так швидко проникнути до металу», — каже доктор Скалліон.
Інноваційний центр Graphene Engineering в Університеті Манчестера
Покращивши міцність будівельних матеріалів, архітектори зможуть одного дня спроектувати набагато складніші та неправильніші фасади, можливо, наділені природними формами, вважає Паскуале Кавальєре з Університету Саленто.
Графен був предметом вивчення протягом багатьох років, з моменту його відкриття в Університеті Манчестера в 2004 році. Ажіотаж навколо нього сам по собі став предметом досліджень, і деякі залишаються скептичними щодо того, що він виправдає ці високі очікування.
Ажіотаж навколо графену призвів до ситуації «дикого заходу», коли деякі продукти, що містять цей матеріал, можуть мати високу ціну, але насправді мають низьку якість, сказав Крістер Свенссон, ад’юнкт-професор фізики Карлстадського університету в інтерв’ю, опублікованому в 2019 році.
Він розповідає BBC News, що якість графену, який використовується сьогодні, сильно відрізняється. Крім того, він ставить під сумнів, чи справді необхідно використовувати графен як армуючий агент, оскільки графіт і вуглецеві волокна можуть виконувати подібну роль.
«Графен ще відносно молодий», — визнає пан Бейкер. Але він і його колеги сповнені рішучості «прискорити впровадження графену».
Компанії, які експериментували з матеріалом, інколи виявляли, що його використання дещо відрізняється від того, що вони спочатку передбачали.
«Ми любимо графен», — каже Деббі Мілевскі, технічний співробітник відділу сталого розвитку Ford. Вона каже, що з 2018 року виробник автомобілів поставив від шести до семи мільйонів автомобілів, переважно в Північній Америці, які містять графен у кількох частинах.
Спочатку вона та її команда зацікавилися графеном через його здатність підвищувати міцність. Але вони виявили, що насправді це більш корисно з точки зору зменшення шуму та вібрації або підвищення термостійкості.
Ford F-150 має десяток деталей, які містять графен
Автомобілі, включаючи F-150 і позашляховики Explorer, тепер містять 12 невеликих компонентів у двигуні та навколо нього, таких як кришки насоса або опори водяних трубок, які містять графен, частково тому, що він поглинає шум.
Залежно від частоти звуку, про який йде мова, ці компоненти можуть зменшити шум, який чути всередині транспортного засобу, на 12-25%, каже доктор Мілевскі.
Графен також зробив ці деталі легшими, зменшивши загальну масу автомобіля приблизно на півтора фунта (680 г). Це означає, що ці транспортні засоби споживають трохи менше палива, а тому мають менші викиди CO2 протягом усього терміну служби.
Вчені працюють над тим, щоб змусити графен рівномірно розподілятися в інших матеріалах
Ford співпрацює з американськими компаніями XG Sciences і Eagle Industries над різними застосуваннями графену.
Доктор Мілевскі каже, що автовиробник вивчає можливість додавання графену до пластику всередині транспортного засобу, щоб зробити його міцнішим, але пояснює, що наразі їм не вдалося розподілити графен у пластику так добре, як сподівалися.
Це часто є ключовим питанням при додаванні графену до певного матеріалу. Щоб фактично покращити свої властивості, графен має бути рівномірно розподілений. Це складно, уявіть, що ви намагаєтеся рівномірно розподілити родзинки у фруктовому торті, коли тісто занадто рідке.
Отримання повністю рівномірної суміші та матеріалу, який однозначно покращується додаванням графену, – ось те, до чого прагнуть усі дослідники та компанії.
Першоджерело: https://www.bbc.com/news/business-61913871