Семь строительных материалов будущего
Несмотря на то, что строительные технологии развиваются, в строительной сфере продолжают использовать традиционные строительные материалы. За последние годы не было ни одного грандиозного прорыва в области новых строительных материалов, который бы массово изменил подход к современному строительству.
Все понимают, что создание новейших строительных материалов с улучшенными показателями прочности, гибкости и износостойкости позволит архитекторам воплощать свои самые смелые замыслы. Но в строительной сфере не спешат инвестировать в новые материалы, предпочитая то, что проверено веками.
И все же исследования в области новых материалов проходят постоянно и некоторые из таких материалов вполне смогли бы конкурировать с кирпичом, древесиной, или обычным бетоном.
Итак, какие же строительные материалы возможно будут использоваться при строительстве городов будущего?
Графен
Графен — это тонкая плоскость графита, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, которые образуют гексагональную двумерную кристаллическую решётку.
Этот материал обладает уникальными свойствами. При невероятной легкости он имеет гораздо бóльшую прочность и жесткость, чем сталь и углеродное волокно.
Графен пока не используется в строительстве, хотя его можно было бы использовать в сочетании с традиционными материалами для создания конструкций, которые невозможно представить сегодня. Но до настоящего времени нет технологии получения графена в необходимых для строительства количествах. Наиболее популярный процесс изготовления графена требует больших затрат энергии на отделение моноатомных слоёв.
Окриджская национальная лаборатория (Oak Ridge National Laboratory) в США разработала новый способ получения графена с использованием технологии, известной как химическое осаждение из газовой фазы.
Руководитель команды, работавшей над этим проектом, сказал, что это открытие «значительно расширит спектр возможных применений графена». Следующий шаг – уменьшить стоимость и расширить производство, что сделает возможным более широкое использование этого материала.
«Бальса» из углеродного волокна
Бальсовое дерево ценится за его невероятно легкую древесину, однако оно довольно дорогое. Команде ученых из Гарвардского университета удалось создать беспрецедентно легкий и прочный композитный материал со структурой, напоминающей соты, который сможет заменить древесину бальсового дерева.
Для изготовления этого синтетического заменителя используется армированная углеродными волокнами термоотверждаемая эпоксидная смола и экструзионная 3D-печать. Эта технология позволяет создавать из эпоксидной смолы и углеродных волокон сотовые структуры.
В результате получен новый материал, который может полностью заменить бальзовое дерево. Он будет не только дешевле, но и устранит проблемы, связанные с неоднородностью волокон дерева, которая затрудняет его использование там, где требуется высокая точность.
Синтетический паучий шелк
Паучий шелк – один из самых удивительных природных материалов, высокая прочность которого при относительно низкой плотности делает его более прочным, чем такое же по весу количество стали.
Ученые давно пытаются создать его синтетическую версию, но природа его свойств оставалась тайной до самого последнего времени.
Команда исследователей из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) для создания искусственной паутины использовала технологии 3D-печати.
«Мы на пути к математическому описанию механизма, делающего паутину такой прочной», – говорит ученый-исследователь Чжао Цин (Zhao Qin).
«Угликислоцемент»
Американские ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали технологию получения нового строительного материала из углекислого газа. По техническим характеристикам новый материал похож на бетон.
В качестве основного компонента для такого бетона используется двуокись углерода, выбрасываемая в атмосферу электростанциями.
Новый материал назвали CO2NCRETE (слово образовано из химической формулы углекислого газа CO2 и слова concrete — цемент). Кстати, именно с производством традиционного бетона связано около 5% всех выбросов углекислого газа в мире.
Ученые предполагают, что новый материал улучшит ситуацию с загрязнением воздуха, так как в процессе его производства не образуется вредных выбросов и более того — утилизируется двуокись углерода, поступающая в воздух от электростанций.
Экспериментальные образцы «угликислоцемента» сейчас изготавливают в университетской лаборатории. Смесь из углекислого газа и извести помещают в 3D-принтер и печатают из него материал. Параллельно авторы разработки изучают возможность масштабного производства CO2NCRETE для строительства.
«Зеленый» бетон
Как видим, новые строительные материалы разрабатываются не только с целью повышения прочности или легкости, но также для улучшения экологии.
Команде из Технологического университета MARA (Universiti Teknologi MARA) в Малайзии удалось создать бетон, который они назвали «green-mix concrete» (зеленый бетон).
«Зеленый» бетон изготавливается из традиционных ингредиентов, смешанных с подходящими отходами и вторичным сырьем.
Этот экономичный и экологичный заменитель по свойствам не уступает оригиналу. В числе материалов, которые используются для его производства – зола-унос, заполнители из вторсырья и волокна из алюминиевых банок.
Искусственная древесина
Древесина относится к числу основных строительных материалов. Увеличение строительных объёмов приводит к значительному увеличению потребления древесины, что, в свою очередь приводит к истощению лесосырьевых ресурсов. Поэтому разработка новых материалов, способных в будущем заменить древесину, весьма актуальна.
Японские ученые заявили, что им удалось создать искусственную древесину, которую можно использовать даже при строительстве Международной космической станции.
Исследователи из университета Мие обнаружили способ извлечения лигнина — довольно сильного клея — из натурального дерева. Если его соединить с бумагой и древесными стружками, получится новый материал идентичный древесине, но прочнее и без годичных колец. На разработку этого вещества ушло 20 лет.
Если проект будет одобрен японским министерством образования, науки и технологии, университет получит на дальнейшую разработку промышленной технологии 571 миллион долларов.
Давно было известно, что лигнин является сильным клеящим веществом, но никому не удавалось найти способ извлечения его из древесины с сохранением клейкости. Ранее он просто рассматривался как нежелательный продукт при производстве бумаги, который можно было удалить из древесины, погрузив ее в щелочной раствор.
Иной способ получения искусственной древесины предложила группа ученых под руководством Шу-Хун Ю (Shu-Hong Yu) из Хэфэйской национальной лаборатории физических наук. В качестве аналога лигнина они использовали резольную и меламинформальдегидную смолы. Такие смолы имеют похожую на лигнин полифенольную структуру. Смешивая со смолой хитозан и уксус, ученые получили новый вид полимерного материала, который напоминает по своей структуре древесину, но обладает лучшими характеристиками прочности огнестойкости и водостойкости.
Остаётся вопрос разработки технологии промышленного производства нового материала.
Искусственная древесина из сельскохозяйственных отходов.
Сельскохозяйственные отходы имеют большие перспективы в разработке новых строительных материалов.
Так, например, американская компания TruGrain применяет для производства строительных материалов новый вид эко материала Resysta. Материал воспроизводит вид тропической древесины, но обладает более высокой износостойкостью и долговечностью.
Этот материал изготавливается из сельскохозяйственных отходов — 60% рисовой шелухи с добавлением синтетического пластикового полимера и обыкновенной соли. Полученный композит можно перерабатывать, а его эксплуатационный срок составляет не менее 25 лет, в течение которых он не будет трескаться или менять цвет.
Огнестойкий материал устойчив к ультрафиолетовому излучению, воздействию хлорированной или солёной воды, насекомых или грибка.
Различные профили из нового материала производятся в США методом экструзии.
Их можно использовать для полов, террас и фасадов или для изготовления садовой мебели.
Материал обрабатывается так же, как и древесина: его можно пилить, сверлить, полировать, покрывать маслом или краской.
Перейти на главную страницу (последние публикации)
Строительные материалы будущего — Прошлое и будущее
Технология материалов и проектирование зданий и сооружений могут не звучать также интересно, как, скажем, квантовая физика или палеонтология, но они влияют на нашу повседневную жизнь гораздо больше, чем любая другая наука.От пластического инвентаря до теплоизоляции дома — они буквально строят мир вокруг нас.За последние несколько лет исследователи этого направления разработали самовосстанавливающиеся материалы, революционные системы охлаждения и отопления зданий, а также технологии, которые позволяют зданиям, как живым растениям, очищать воздух от скопившегося смога.
3D-напечатанные кирпичи
Кирпичи Cool Bricks не просто круто выглядят, они еще и выполняют одну очень важную функцию.
Эти необычные 3D-напечатанные бокситовые кирпичи обладают особой структурой, которая позволяет им охлаждать помещения всего лишь благодаря воде и весьма давно известной технике испарительного охлаждения. Созданы эти кирпичи дизайнерской компанией Emerging Objects, которая всеми силами старается продвинуть технологии 3D-печатного строительства зданий. Еще одной особенностью Cool Bricks является то, что они модульные: сложив достаточное количество таких кирпичей вместе, можно создать отличную систему охлаждения комнаты или даже целого дома.
Жидкий гранит
По словам создателей этого строительного сырья, оно может полностью заменить цемент в бетоне.Жидкий гранит — материал легкий и имеет такую же грузоподъемность, что и цемент, однако, он сделан из переработанных веществ.Жидкий гранит не имеет никакого влияния на экологию, как, например, цемент или бетон. Он состоит от 30 до 70 процентов из переработанного материала и на одну треть из цемента. За счет этого снижается объем выбросов углерода в атмосферу.
Наконец, жидкий гранит удивительно огнеустойчив. Он может выдержать температуру до 1100 градусов Цельсия, сохраняя при этом свои структурные свойства. Это отличает его от бетона, который взрывается при высоких температурах.
Здания-смогопожиратели
Здания, которые очищают окружающую среду от загрязнений, — звучит фантастично, правда? Однако технология уже создана. Кому-то может показаться, что в угоду технологии такие здания теряют свой эстетический вид, однако я бы не сказал, что здание на картинке выше выглядит уродливо. Футуристично? Да. Но не уродливо. Такой внешний вид зданию придает белый «экзоскелет» из биодинамического бетона, который поглощает частицы смога, превращает их в инертные соли и тем самым очищает окружающий воздух. Это удивительное здание является павильоном Всемирной выставки «Экспо-2015».
Энергия водорослей
Немецкий город Гамбург является домом первого в мире здания, питание для которого обеспечивают водоросли.
Строение используется в качестве экспериментального испытательного центра для новых разработок городского энергообеспечения. Фасад здания BIQ House состоит из «биогенераторов», заполненных живыми водорослями, которые очень быстро растут под прямыми солнечными лучами и создают естественную тень. Водоросли также производят биомассу (пищу) и электричество, которое используется для питания здания. В общем и целом водоросли представляют собой еще одну дополнительную альтернативу естественным источникам возобновляемой энергии.
Чувствительный кафель
Представьте, что идя по кухне, чтобы добраться до холодильника, по траектории вашего пути пол мерцает, освещая вам дорогу. Такое возможно благодаря SenseTile или, другими словами, чувствительным плиткам.Плитка производится таким образом, что среди пластов прессованы волоконно-оптические каналыпередачи, которые распространяют свет от одной точки к другой, создавая при движении по ним мерцающий эффект.Материал доступен в качестве напольных покрытий также и в ванных комнатах и даже на потолках.
Мерцающие огни могут следовать за вами по всему дому.
Самовосстанавливающийся бетон
Один из самых сложных вопросов, с которыми приходится сталкиваться при строительстве, — долговечность конструкции. Никто не хочет тратить огромные деньги и кучу времени на восстановление зданий. Голландские исследователи разработали новый тип цемента, который самостоятельно восстанавливает сам себя, используя определенный тип живых бактерий и лактат кальция. Бактерия, содержащаяся в цементе, поглощает этот лактат кальция и производит известняк, который заполняет трещины и практически до изначального состояния восстанавливает целостность бетона. Этот удивительный концепт «живого бетона» может сэкономить массу времени и материалов для ремонта, так как все необходимые материалы будут заложены в него изначально.
Гибкий бетон
Традиционный бетон очень хрупкий сам по себе: он трескается при любом изгибе. Новый тип материала изармированных волокон может положить конец этой проблеме.
Этот тип бетона в 500 раз устойчивее к трещинам, чем обычный бетон. Все это благодаря крошечным волокнам, на долю которых приходится два процента его состава. При сгибе они предотвращают поломку.Заслуга в гибкости, впрочем, не только волокон, но также и других материалов. Благодаря этому, срок годности бетона удлиняется.
Гибкие соты
Название Flexicоmb говорит само за себя. Разработанный в лабораториях Дэна Готтлиба (Dan Gottleib)этот материал представляет собой гибкую форму медовых сот, которые могут быть использованы для создания светильников, мебели и даже скульптур.Материал состоит из тысячи плотно упакованных полипропиленовых труб, согнутых таким образом, что выпуклая часть остается снаружи, а жесткая — изнутри. Flexicоmb настолько универсален, что его можно будет использовать практически для любых целей. Не говоря уже о том, что выглядит он удивительно.
Стеклянная черепица для крыши
Шведская компания SolTech разработала красивую стеклянную черепицу для крыши домов, которая может использоваться в качестве системы обогрева.
Выполненная в стиле испанской терракотовой плитки, разработка шведских изобретателей пропускает солнечный свет, который может использоваться для нагрева воды в стационарных системах подогрева, экономя при этом солидный счет за электричество.
Углеродное волокно
Углеродное волокно является очень прочным и в то же время легким материалом. Оно в пять раз прочнее и два раза жестче стали, а весит при этом на две трети меньше.Материал создается из углеродных нитей, которые тоньше человеческого волоса. Пряди сплетаются вместе, как ткань, и их можно формировать под любую модель. Помимо того, что волокно прочное, оно еще и гибкое, так что это идеальный материал для строительства в районах, подвергаемых воздействию ураганов и других природных катаклизмов.
«Умные» окна
Чтобы не стать заложником постоянного или неприятного вида из окна, производители электроники искушают будущих пользователей возможностью наслаждаться ландшафтом мечты, который может меняться в зависимости от их вкусов.
К этому разряду следует отнести устройство, названное производителем «Eye+» (Глаз +), которое является 46-дюймовым LED экраном, отображающим выбранные клиентом видеофильмы с живописными видами. Технология позволяет изменять перспективу в соответствии с тем, под каким углом падает взгляд человек на «Eye+».
Корейская компания Samsung на выставке CES два года назад продемонстрировала «Transparent Smart Window» — окно будущего, которое ещё десяток лет назад могло появиться только в научно-фантастических фильмах.
Устройство представляет собой 46-дюймовый экран и свободно переходит от функции обычного пластикового окна до роли дисплея, на котором можно запустить любое приложение. «Умное» окно также выполняет функцию термометра, часов и жалюзи.
Дом из грибов
Одним из продуктов, которым нас наградила мать-природа, являются грибы. А вы знали, что грибы — это еще и отличный строительный материал? Компания Ecovative, например, придумала способ использования мицелия (вегетативной части тела грибов) и построила из грибов первый в мире дом.
Компактное жилище размером 3,6 x 2,1 метра легко уместить в перевозной трейлер. Грибы рассматриваются компанией как устойчивый и более экологически чистый материал, так как этот материал растет сам, а не производится. Кроме того, грибы обладают естественной огнеустойчивой защитой, что делает их гораздо безопаснее, например, в качестве утеплителя и шумоизоляции, по сравнению с обычными изоляционными материалами.
Шесть устойчивых строительных материалов будущего
1. Клееный брус
Древесина использовалась в качестве строительного материала на протяжении тысячелетий, и она может снова вернуться. Прочность древесного волокна на самом деле обусловлена тем, что мы пытаемся уменьшить в атмосфере, а именно углеродом, находя устойчивые способы сокращения и хранения атмосферного углерода в одной из основных задач будущего. Ответом может стать кросс-клееная древесина. Состоящая из небольших кусочков хвойной древесины, ламинированных вместе, чтобы стать более крупной структурой, она склеивается под огромным давлением в противоположных направлениях, чтобы придать ей сверхчеловеческую прочность — древесина, пострадавшая от засухи или насекомых, все еще может быть включена в эти панели без ущерба для целостности конструкции.
Этот технический процесс также позволяет изготавливать панели по размеру, создавая плоские упакованные конструкции, которые можно построить намного быстрее, чем из обычного материала. Благодаря более низкому углеродному следу его потенциал для строительства за пределами площадки также делает его устойчивым продуктом. Некоторые проекты могут быть завершены даже в шесть раз быстрее, чем стандартный строительный проект. Согласно Economist, прочность этой многослойной древесины делает ее подходящей заменой бетону и стали и даже может быть предпочтительным материалом для небоскребов наших городов. Фактически, Портленд в США только недавно стал домом для самой высокой массивной деревянной конструкции в Америке.
2. Memory Steel
По данным WWF, к 2050 году только в городскую инфраструктуру во всем мире будет инвестировано 350 триллионов долларов США, поэтому использование более экологичных строительных материалов поможет сделать эту инфраструктуру максимально чистой . Сталь с эффектом памяти — это умный материал, который можно использовать для усиления новых и существующих бетонных конструкций и который может изменить правила игры в инфраструктуре.
Состоящий из сплавов с памятью формы на основе железа, который сжимается при нагреве, он создает постоянное предварительное напряжение в бетонной конструкции при нагревании, что означает, что предварительное напряжение требуется только один раз. Другие, более традиционные методы требуют, чтобы стальная арматура в бетонных конструкциях была предварительно напряжена под действием гидравлического напряжения для повышения прочности и производительности конечной бетонной конструкции, что требует не только много времени, но также большого количества оборудования и пространства, и все это влияют на производительность и устойчивость. Поскольку укрепление существующих мостов, дорог и автомагистралей часто приводит к ограничению пространства, сталь с памятью может революционизировать не только то, как мы строим новую инфраструктуру, но и то, как мы ремонтируем старые структуры.
3. (Картофель) ДСП
По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО), одна треть продуктов питания, производимых для потребления человеком, теряется или выбрасывается во всем мире — это ошеломляющие 1,3 миллиарда тонн в год.
Нам нужно работать, чтобы уменьшить это в долгосрочной перспективе, а пока есть несколько оригинальных решений, позволяющих превратить отходы в материал. Одним из таких решений является британская концепция создания строительного материала из картофеля. Chip[s] Board® — это революционная концепция, которая позволяет создавать продукт, полностью изготовленный из отходов картофеля, выброшенных из ресторана. Вдохновленная циклической экономикой, которую мы видим в природе, когда ресурсы и отходы снова используются в долгосрочной экологической петле, концепция позволяет регенерировать ненужные пищевые отходы в устойчивый строительный материал.
4. Грибовидная изоляция
Но в меню не только чипсы. Исследователи со всего мира нашли способы использовать невероятный потенциал грибов для использования в качестве изоляции зданий. Изоляция производится из вегетативной части грибов, известной как мицелий. Процесс биопроизводства мицелия работает, позволяя грибу из гриба питаться субстратом, таким как опилки.
Затем грибок вырастет до формы формы, в которую он помещен, и его рост остановится только тогда, когда грибок высохнет. Окончательный высушенный продукт затем можно отшлифовать и покрасить в соответствии с его назначением. Этот материал не только полностью натуральный и биоразлагаемый, но и значительно снижает углеродный след здания и его эксплуатацию. Поскольку этот материал самозатухающий и в то же время очищает воздух, он фактически удаляет углерод из атмосферы и в процессе становится еще прочнее. Этот инновационный материал можно использовать при строительстве чего угодно, от аэропортов до жилых домов.
5. Цемент с нулевым содержанием углерода
На долю цемента приходится 5% глобальных выбросов углерода, но он по-прежнему является одним из наиболее широко используемых строительных материалов. Он в основном состоит из известняка, кальция, кремния, железа и алюминия и является связующим фактором в бетоне, но рецепт будущего заключается в адаптации к нашей потребности в устойчивых альтернативах.
DB Group, например, создала бетон Cemfree с нулевым содержанием цемента, который может сократить до 88% содержания CO2 по сравнению с обычной смесью — и все это без ущерба для прочности. И еще есть Concrete Canvas, гибкая, пропитанная бетоном ткань, которая затвердевает под воздействием воды, образуя тонкий, прочный, водостойкий и огнеупорный бетонный слой. Материал поставляется партиями в рулонах и может быть уложен в 10 раз быстрее, чем обычный бетон. И это не только сокращает время и стоимость строительства, это также технология с низким весом и низким уровнем выбросов углерода, которая использует до 9На 5% меньше материала, чем традиционные методы. Оба этих новых материала уже используются в строительстве инфраструктуры по всему миру. Anglia Water в Великобритании стала первой компанией по водоснабжению, которая использовала Cemfree в 2017 году, а Concrete Canvas использовался для создания ливневых стоков и создания аварийной инфраструктуры после стихийных бедствий.
6.
Воздухоочистительный фасад
Некоторые материалы могут показаться неземными, но этот на самом деле создан с помощью ученых-авиаторов. Разработанный подразделением НАСА PURETi в сотрудничестве с Neolith был создан новый материал для фасадов зданий, который буквально очищает воздух вокруг себя. Удаляя свободные радикалы и другие загрязняющие вещества, которые вступают в контакт с его фотокаталитической поверхностью, он имеет преимущество в устранении загрязнения и улучшении качества воздуха, а также в сохранении чистоты поверхностей. Лабораторные испытания показали, что этот материал снижает уровень потенциально вредных оксидов азота на 70-80%. По словам его создателей, всего 4 м2 этого материала способны уменьшить такое же количество загрязняющих веществ оксидов азота, которые производит автомобиль в течение всего года. Если мы сможем принять такие находчивые решения, мы сможем уменьшить и, возможно, даже смягчить последствия глобального загрязнения.
Изображение 1.
Какими будут экологически чистые строительные материалы будущего?
Изображение 2: Перекрестно-клееная древесина имеет меньший углеродный след.
Изображение 3. Сталь с эффектом памяти может изменить правила игры в инфраструктуре.
Изображение 4: ДСП производит строительные материалы из выброшенного картофеля.
ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Тиффани Ченг
Руководитель отдела брендов, маркетинга и корпоративных коммуникаций
Регионы Азия и Китай
Volvo Construction Equipment
Эл. 00 Будущее строительства — Какие строительные материалы мы будем использовать в 2050 году?
Мы склонны думать, что реальность — это данность, и воображаем, что она останется такой, какая она есть, и что наш уровень цивилизации сохранится и в будущем. Так было на протяжении всей истории, для каждой из когда-либо изученных цивилизаций.
Однако сейчас мы находимся на этапе истории, когда технический прогресс происходит так быстро, что, говоря сейчас о том, каким будет будущее, мы, без сомнения, преподнесем нам несколько сюрпризов.
И поэтому мы вполне можем задать себе вопрос: когда речь идет о будущем строительства, какие строительные материалы мы будем использовать в 2050 году?
Строительные материалы, использовавшиеся до настоящего времени
При жизни первых обществ или кланов (в эпоху палеолита) гоминиды покидали свои пещеры, чтобы исследовать мир. Так появились первые временные жилища в виде укрытий или хижин, сделанных из ветки, шкуры и бревна .
Рисунок хижины Терра Амата (недалеко от Ниццы, Франция), около 500 000 лет до н.э. Источник: Хосе-Мануэль Бенито.
Кажется удивительным, что на протяжении полумиллиона лет преобладал такой тип конструкции. По сравнению с современными домостроителями из бетона и стали (21 ст в.), использование этих материалов продолжалось в 5000 раз дольше.
К 6000 г. до н.э. грязь и глина начали захватывать то, что мы сейчас называем Ближним Востоком. Он использовался в виде необожженного кирпича из глины, смешанной с соломой (вероятно, отходами урожая).
Это позволяло создавать более сложные конструкции и лучше изолировать от тепла, а также позволяло строить на разных уровнях.
Зиккурат Ура, датируемый между 5000 и 4500 г. до н.э. Фото 2006 года. Источник: Википедия.
Существовавшие в то время цивилизации начали строить гигантские сооружения. Зиккурат Ура является одним из примеров, где использовалась комбинация камня для фундамента, глины для внутренней части и обожженного кирпича для внешних стен. В дополнение к битум в качестве раствора и тростник, бамбук и веревки для строительных лесов.
Вплоть до упадка Римской империи добытая порода ( гранит, песчаник, мрамор ) использовались в официальных зданиях, в то время как обожженный кирпич и дерево с железными гвоздями для швов использовались в домах.
Обожженные кирпичи с символами из Legio XXII Primigenia (22-й счастливый легион).
Источник: Харманн Линге.
На протяжении многих лет продолжали использоваться камень (во многих случаях приобрел из предыдущих построек) и дерево. В 19 -м -м веке производство стали и рост городов привели к строительству блоков домов, армированных предварительно напряженным бетоном и металлическими балками.
Сегодня мы продолжаем использовать эту технику и очень похожие материалы для наших обычных зданий. И, как и со всеми культурами, которые были до нас, мы думаем, что это будут строительные материалы будущего .
Будущее строительства
Некоторые возможные строительные материалы будущего
Материалы были камнем преткновения с момента открытия законов упругости. До этого все было просто методом проб и ошибок. После этого все было о научных методах, испытаниях в пробирках и материаловедении.
Но только в последние годы нанотехнология позволила нам проникнуть глубоко в сердцевину атомов, так что мы предусмотрели не только материал, но форму этого материала как неотъемлемую часть поведения материалов .
Графен, напечатанный на 3D-принтере
Какое-то время графен считался одним из самых прочных искусственных материалов на Земле. Однако графен встречается в виде листов или чешуек, что делает его использование в строительстве довольно сложным, если не абсурдным.
В начале 2017 года группа инженеров из Массачусетского технологического института опубликовала эту статью, чтобы представить трехмерную структуру , которая, если она построена из графена, будет на 5% легче стали, но в 10 раз прочнее.
Удивительно, но эта структура полая и пористая, как видно на видео. И вопреки тому, что подсказывает нам логика, он менее устойчив, если сделать его толще (минута 1:05).
Структура очень похожа на то, что архитектор Винсент Каллебаут представил много лет назад в своем проекте «Деревянные орхидеи», где он предложил использовать деревянных конструкций из легкодоступного материала в Ву Юань, Китай.
В отличие от традиционных строительных конструкций, компания Callebaut выбрала форму, которая придает большее значение внутреннему пространству, сводя к минимуму использование строительных материалов.
Используя такие материалы, как графен и аналогичные органические формы, можно было бы построить обычные стены, обладающие преимуществом в воздушная подушка в самой стене для смягчения воздействия погодных условий внутри здания.
Биобетон, самовосстанавливающийся материал
В 2015 году микробиолог Хендрик М. Йонкерс представил тип бетона, способного в определенной степени восстанавливаться. Другими словами, больше никаких трещин и ремонтов, никаких утечек, никакой гидроизоляции и потерь энергии через трещины.
В этом бетоне есть бактерии, которые восстанавливают материал изнутри подобно тому, как человеческая ткань заживает после перелома. Бактерии остаются бездействующими в материале до тех пор, пока трещины не впустят влагу (воду, эликсир жизни) и бактерии не начнут действовать.
За несколько лет до этого группа испанских ученых представила самовосстанавливающийся эластомер, обладающий высокой устойчивостью к растяжению.
Это означает, что при правильной толщине его можно использовать для кабелей в мостах. Позже группа китайских ученых подтвердила эти выводы:
Метаматериал, который обращает вспять эффект Холла
В начале 2017 года группа ученых представила инновационный метаматериал, который может обратить вспять эффект Холла. Немногие знают об этом электромагнитном эффекте, и для многих поэтому это довольно бессмысленно:
Если электрический ток течет по проводнику в магнитном поле, магнитное поле оказывает поперечную силу на движущиеся носители заряда, которая стремится оттолкнуть их к одной стороне проводника.
По сути, это говорит о том, что сила появляется при использовании электричества и магнитных полей . Сила, которую мы можем использовать, и которую мы теперь можем повернуть вокруг так, чтобы она указывала в противоположном направлении.
Хотя первые практические применения таких материалов будут больше связаны с электроникой, их также можно использовать в строительстве, интегрируя невидимые электронные рельсы или рельсы (электронов) внутри стен зданий..jpg)
Возможно, они не обеспечивают физической силы, но домашняя автоматизация и связь скоро перейдут от материального (мобильный телефон, ПК, экран) к неосязаемому и вездесущему.
Искусственный паутинный шелк
В течение нескольких десятилетий это ходило скорее как слухи, затем превратилось в безумную идею, за которой последовали серьезные исследования. Сегодня японская компания Spiber Inc. (игра слов с паук и волокно ) теперь продает его.
Паутина, содержащая тысячи капель воды. Источник: Бриджит Вернер.
Как заявляет бренд в заявлении на своем веб-сайте: « Металл. Стекло. Нефтехимия. Человечество за свою короткую историю освоило самое разнообразное сырье и добилось огромного прогресса. Теперь белки готовы стать устойчивым материалом следующего поколения с потенциалом, невиданным ранее. Все начинается с паучьего шелка, который в 340 раз прочнее стали. »
И в этом они, безусловно, правы. После того, как они открыли способ искусственного создания фиброина паука, лаборатория приступила к работе.