Куда Вы можете пойти для наблюдения холодного примера нанотехнологий? Ну, примерно везде.
Новое исследование показывает, что простой бетон, наиболее распространенный сделанный человеком материал по планете, должен свои свойства ее наноразмерной структуре. В будущем это новое понимание могло привести к новым формам бетона, которые требуют, чтобы меньше энергии и CO2 генерировали, и могли бы позволить исследователям проектировать его свойства очень, поскольку они сделали с наступающими стальными сплавами.
Бетон не то, что приходит на ум, когда большинство людей думает о наноматериалах. Это – самый старый спроектированный строительный материал и сначала использовалось римлянами. Сегодня, приблизительно 2,5 миллиарда тонн материала делается каждый год, но в значительных затратах на охрану окружающей среды.
Бетон начинается как комбинация известняка, глины и гипса, нагревающегося к 1 500 градусам Цельсия для формирования цемента. Когда объединено с водой, цемент склеивает частицы песка и гравия для создания бетона.
Оценки указывают, что энергия раньше создавала конкретные счета на 5 – 10 процентов выбросов CO2 в мире.Поскольку бетон устанавливает и начинает сохнуть, он формирует сеть, составленную прежде всего из гидрата кремнекислого кальция или C-S-H. Организация той сети долго оставалась яблоком раздора среди экспертов по материалам, поскольку структура бетона оказалась сложной для подтверждения с традиционными инструментами, такими как рентгеновские лучи, электрон и нейтронное рассеивание. Для получения лучшего понимания Франц-Йозеф Улм, инженер-строитель в Массачусетском технологическом институте в Кембридже, и его postdoc Георгиос Константинидес использовали подобное игле устройство «наноуглубления» для подталкивания различных типов укрепленных цементных паст – часть бетона, скрепляющего все – со всего мира.
Атомный микроскоп силы позволил им видеть наноструктуру и судить силу каждой пасты путем измерения результатов иглы. Они нашли, что каждый тип цемента состоял из бесчисленных C-S-H частиц 4 – 5 миллимикронов шириной, или беспорядочно устроенных или заказанных как апельсины на полке хранилища. Комбинация тех наноструктур в основном составляла силу и длительность материала.
«Это – замечательная газета», говорит Хэмлин Дженнингс, инженер-строитель в Северо-Западном университете в Эванстоне, Иллинойс. Дженнингс добавляет, что, если исследователи могут учиться управлять упаковкой C-S-H наночастиц в бетоне, они могли бы быть в состоянии спроектировать бетон как сплавленная сталь.
Ульм говорит, что результаты могли также помочь исследователям найти новые исходные материалы, создающие плотно упакованные наноструктуры без обширных энергетических вводов, таким образом помогая людям шагать немного более слегка на планете.