Бетон — это самый широко используемый строительный материал в мире. Теперь его дополнили новыми полезными свойствами: путем смешивания бетона с черным наноуглеродом был создан строительный материал, который может проводить электричество и выделять тепло.
Обычно бетон является изолятором от электричества, но недавние исследования были сосредоточены на том, чтобы сделать его электропроводным. Обычно в этом помогает добавление углерода в смесь, а предыдущие версии тестировались на взлетно-посадочных полосах аэропортов, которые автоматически растапливают снег.
Исследователи из Concrete Sustainability Hub (CSHub) Массачусетского технологического института и Французского национального центра научных исследований (CNRS) добавили в бетон дешевый углеродный материал с отличной проводимостью — наноуглеродную сажу. При содержании её в объеме всего 4%, бетон смог проводить электрический ток, и в результате начал выделять тепло.
«Резистивный нагрев вызывается взаимодействием между движущимися электронами и атомами в проводнике», — говорит Николас Чанут, соавтор исследования. «Ускоренные электроны в электрическом поле обмениваются кинетической энергией каждый раз, когда сталкиваются с атомом, вызывая вибрацию атомов в решетке, которая проявляется в виде тепла и повышения температуры материала».
В ходе испытаний выявилась чрезвычайная эффективность выделения тепла черным бетоном с наноуглеродом. Напряжения всего в пять вольт было достаточно, чтобы повысить температуру поверхности бетонных образцов примерно до 41°C. Этот эффект может не только найти применение для защиты поверхностей от обледенения на открытом воздухе, как и другие токопроводящие бетоны, но, по словам исследователей, материал можно использовать и в помещениях.
«Эта технология может быть идеальной для излучающего теплого пола внутри помещений», — говорит Чанут. «Обычно внутреннее отопление осуществляется за счет циркуляции нагретой воды по трубам, проходящим под полом. Но создать и поддерживать эту систему непросто. Однако, когда бетонный пол сам становится нагревательным элементом, система отопления становится более простой в устройстве и более надежной. Кроме того, бетон обеспечивает более равномерное распределение тепла благодаря очень хорошей дисперсии наночастиц в материале».
