Graphene thay thế cát để làm cho bê tông nhẹ hơn, cứng hơn
Khi bạn nghĩ về các nguồn tài nguyên mà chúng tôi đang cạn kiệt, cát có thể không cao trong danh sách của bạn, nhưng nó ở trên đó nhờ nhu cầu bê tông cao của chúng tôi. Các nhà khoa học tại Đại học Rice đã chỉ ra rằng thay thế graphene không chỉ có thể tiết kiệm cát mà còn làm cho bê tông nhẹ hơn, mạnh hơn và cứng hơn.
Mặc dù là một tấm nguyên tử carbon chỉ dày một nguyên tử, graphene nổi tiếng là cực kỳ mạnh. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi 'vật liệu kỳ diệu' này đã được trộn vào bê tông trước đây, thường là để làm cho nó mạnh hơn và bền hơn. Nhưng điều đó thường chỉ liên quan đến việc thêm graphene vào công thức - đối với nghiên cứu mới, nhóm Rice muốn thay thế hoàn toàn cát.
Bê tông được làm từ ba thành phần chính: nước, cốt liệu như cát và xi măng để liên kết tất cả lại với nhau. Cát là thành phần lớn nhất theo khối lượng, và với sự thèm ăn vô độ của nhân loại hiện đại đối với bê tông, khai thác cát đang gia tăng. Quá trình này không chỉ phá hoại mà còn có nguy cơ cạn kiệt nguồn.
 |
| Một nghiên cứu mới hoán đổi cát lây Graphene để làm bê tông nhẹ hơn, thân thiện với môi trường hơn |
Nghiên cứu đến từ phòng thí nghiệm của nhà hóa học James Tour của Đại học Rice, nhóm của ông đã tạo ra graphene trong nhiều năm bằng cách sử dụng một kỹ thuật mà họ phát triển gọi là sưởi ấm flash Joule. Về cơ bản, một vật liệu cơ bản giàu carbon nhanh chóng được quá nhiệt với một tia điện, chuyển đổi nó thành các mảnh graphene. Trong trường hợp này, vật liệu cơ bản là than cốc luyện kim, một nguồn nhiên liệu được tạo ra từ than đá.
"Các thí nghiệm ban đầu trong đó than cốc luyện kim được chuyển đổi thành graphene dẫn đến một vật liệu có kích thước tương tự như cát", Paul Advincula, tác giả chính của nghiên cứu cho biết. "Chúng tôi quyết định khám phá việc sử dụng graphene có nguồn gốc từ than cốc luyện kim như một sự thay thế hoàn toàn cho cát trong bê tông, và những phát hiện của chúng tôi cho thấy nó sẽ hoạt động thực sự tốt."
Tiết kiệm cát cũng không phải là lợi ích duy nhất. Bê tông thu được nhẹ hơn 25% so với bê tông được làm bằng cốt liệu bình thường và cho thấy độ dẻo dai tăng 32%, biến dạng cực đại 33% và cường độ nén 21%. Mặt khác, mô đun Young của nó giảm 11%, thước đo khả năng chống biến dạng của vật liệu bằng cách kéo dài.
Mặc dù nhóm nghiên cứu cho biết graphene hiện quá đắt để làm cho phương pháp này khả thi về mặt thương mại ở quy mô lớn, nhưng ít nhất nó cho thấy rằng có những lựa chọn thay thế có thể được theo đuổi.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Applied Materials.