Aussi étrange que cela puisse paraître, il y a des secteurs où le temps semble s’arrêter, comme la construction: bétonl’un des matériaux les plus utilisés, remonte à l’antiquité romaine et des centaines d’années se sont écoulées, est resté le même.
Du moins jusqu’à présent.
Nouvelle recherche de l’Université de Pittsburg, Systèmes de béton à métamatériaux intégrés à des nanogénérateurs multifonctionnels pour une infrastructure civile intelligente (publié dans la revue Advanced Materials), a présenté un prototype de système en béton léger et mécaniquement ajustablequi intègrent également des fonctions de collecte d’énergie et de détection.
« La société moderne utilise le béton dans la construction depuis des centaines d’années, après sa création par les anciens Romains., a déclaré Amir Alavi, professeur adjoint d’ingénierie civile et environnementale à Pittsburgh et auteur correspondant de l’étude.
« L’utilisation massive du béton dans nos projets d’infrastructure implique la nécessité de développer une nouvelle génération de matériaux cimentaires plus économiques et plus durables sur le plan environnemental, tout en offrant des fonctionnalités avancées. Nous pensons pouvoir atteindre tous ces objectifs en introduisant un paradigme métamatériel dans le développement des matériaux de construction ».
Alavi et son équipe ont déjà développé des métamatériaux conscients d’eux-mêmes et exploré leur utilisation dans des applications telles que les implants intelligents.
Cette étude présente l’utilisation de métamatériaux dans la création de béton, ce qui rend possible que le matériau soit spécifiquement conçu pour son usage.
Les attributs tels que la flexibilité et la moulabilité peuvent être affinés lors de la création du matériau, ce qui permet aux constructeurs d’en utiliser moins, sans sacrifier la résistance ou la longévité.
« Ce projet présente le premier béton métamatériel composite doté d’une super compressibilité et d’une capacité de collecte d’énergie.a déclaré M. Alavi. « Ces systèmes de béton légers et ajustables mécaniquement peuvent ouvrir la voie à l’utilisation du béton dans diverses applications telles que les matériaux d’absorption des chocs dans les aéroports pour aider à ralentir les avions en fuite ou les systèmes d’isolation des bases sismiques..
En plus d’être « produit sur mesure pour l’application finale, le matériau est capable de produire de l’électricité.
Bien que ne peut pas le produire en quantités suffisantes pour le vendre au réseaule signal généré sera plus que suffisant pour alimenter les capteurs le long de la route.
Ces signaux électriques auto-générés à partir de béton métamatériel soumis à une excitation mécanique peuvent également être utilisés. pour vérifier si la structure en béton est endommagée ou pour surveiller les tremblements de terre en réduisant leur impact sur les bâtiments.
En avançant dans la recherche, ces structures intelligentes pourraient même des puces électriques intégrées dans les routes pour aider les voitures auto-conduites quand les signaux GPS sont trop faibles ou le LIDAR ne fonctionne pas.
Le matériau conçu par les chercheurs se compose de réseaux de polymères auxétiques renforcés, intégrés dans une matrice de ciment conductrice.
Matériaux auxétiques (y compris Gore-Tex) sont des matériaux dont le coefficient de Poisson est négatif et dont les fibres, lorsqu’elles sont soumises à une contrainte de traction, s’ouvrent « en forme de parapluiece qui entraîne une expansion dans la direction transversale à celle de la contrainte. Inversement, lorsqu’il est soumis à une compression « fermer »provoquant la strie de l’échantillon.
La structure composite du béton universitaire induit l’électrification du contact entre les couches lorsque activée mécaniquementLe matériau conducteur, enrichi de poudre de graphite, agit comme une électrode dans le système.
Les études expérimentales de l’équipe ont montré que le matériau peut se comprimer jusqu’à 15 % sous une charge cyclique et produire 330 μW de puissance.L’équipe travaille avec le département des transports de Pennsylvanie (PennDOT) par l’intermédiaire du consortium IRISE à Pittsburgh pour développer ce béton de métamatériaux, afin de l’utiliser sur les routes de Pennsylvanie.
