Науковці створили новий матеріал на основі цементу, який здатен забезпечувати не лише структурну підтримку, а й генерувати, а також зберігати електрику. За словами дослідників, це може бути проривом для майбутньої інфраструктури розумних міст, пише Interesting Engineering.
У своєму дослідженні вчені на чолі з професором Чжоу Яном з Південно-Східного університету в Китаї розповіли, що новий матеріал являє собою цементно-гідрогелевий композит. Цей матеріал здатний уловлювати теплову енергію і перетворювати її на електрику.
Матеріал досягає коефіцієнта Зеебека -40,5 мВ/К і коефіцієнта корисної дії (ZT) 6,6×10-². Ці показники в десять і шість разів вищі, відповідно, ніж у попередніх термоелектричних матеріалів на основі цементу.
У виданні нагадали, що цемент має природну здатність виробляти електрику завдяки так званому іонному термоелектричному ефекту. Проблема полягає в тому, що цей ефект завжди був занадто слабким, щоб бути практичним. Вчені зазначили, що причина полягає в тому, що щільна цементна матриця обмежує швидкість переміщення іонів через неї.
"Різниця у швидкості дифузії катіонів та аніонів у розчині цементних пір через варіації взаємодії зі стінками пір наділяє цемент притаманними йому іонними термоелектричними властивостями. Однак ізоляція пор щільною цементною матрицею перешкоджає швидкому транспортуванню іонів з високими швидкостями дифузії, що заважає збільшенню різниці в рухливості між іонами і обмежує збільшення коефіцієнта Зеебека", - поділилися вчені.
Для вирішення цієї проблеми дослідники розробили багатошарову структуру. У ній шари традиційного цементу і гідрогелю на основі полівінілового спирту чергуються між собою.
Вчені пояснили, що гідрогелеві шари служать швидкими шляхами для гідроксид-іонів. Водночас межі між цементом і гідрогелем спроєктовані так, щоб міцно зв'язуватися з іонами кальцію і слабкіше з гідроксид-іонами. У цьому випадку дисбаланс допомагає збільшити термоелектричний ефект.
Ба більше, новий матеріал не тільки виробляє електрику, а й накопичує її. За словами дослідників, унікальна багатошарова архітектура надає йому як сильні механічні властивості, так і вбудовані можливості накопичення енергії. Це означає, що будівлі, дороги та мости, зведені з цього матеріалу, в майбутньому зможуть живити датчики та системи бездротового зв'язку, вбудовані безпосередньо в структуру.
Інші розробки вчених
Раніше вчені створили "супершкіру", яка відновлюється після порізу всього за 24 години. Процес загоєння гідрогелю відбувається феноменально швидко.
Крім того, вчені створили гнучкі сонячні панелі, які в рази дешевші та ефективніші за звичайні батареї. Нова мікрожолобчаста структура дає змогу створити новий тип сонячних елементів, що мають формат зворотного контакту.
