წარმოიდგინეთ შენობები, ხიდები და გზები, რომლებიც საკუთარ ელექტროენერგიას თავად გამოიმუშავებენ.
ჩინეთის სამხრეთ-აღმოსავლეთის უნივერსიტეტის პროფესორის, ჟოუ იანგის ხელმძღვანელობით, მკვლევართა გუნდმა შექმნა ცემენტისა და ჰიდროგელის კომპოზიტი, რომელსაც შეუძლია ენერგიის გამომუშავება და შენახვა.
ეს ინოვაცია შესაძლოა ყოველდღიურ ბეტონს ენერგიის წყაროდ აქციოს და გზა გაუხსნას თვითდამუხტვადი შენობებისა და "ჭკვიანი“ ინფრასტრუქტურის შექმნას. გარდა ამისა, ეს უდიდესი ნაბიჯია მდგრადი მშენებლობის მიმართულებით.
ახალი მასალა არის ცემენტ-ჰიდროგელის კომპოზიტი, რომელიც შთაგონებულია მცენარის ღეროების შიდა სტრუქტურით. ეს ბიოინსპირირებული დიზაინი საშუალებას აძლევს მასალას დაიჭიროს თერმული ენერგია და გარდაქმნას იგი ელექტროენერგიად იონური თერმოელექტრული ეფექტის გამოყენებით. შესრულების თვალსაზრისით, იგი ადგენს ახალ ნიშნულს: კომპოზიტი ამაყობს Seebeck კოეფიციენტით −40,5 mV/K და დამსახურების მაჩვენებელი (ZT) 6,6×10-² - დაახლოებით ათჯერ და ექვსჯერ მეტი, შესაბამისად, ვიდრე წინა ცემენტზე დაფუძნებული თერმოელექტრული მასალები.
ეს ინოვაციური ცემენტი ბუნებრივად ავლენს სუსტ იონურ თერმოელექტრო ეფექტს, რაც გამოწვეულია კათიონებისა და ანიონების სხვადასხვა სიჩქარით გადაადგილების გზით მის ფორების ხსნარში. თუმცა, ტრადიციული ცემენტის მკვრივი მატრიცა ზღუდავს ამ იონის მოძრაობას, რაც ეფექტს ძალიან სუსტს ხდის პრაქტიკული გამოყენებისთვის.
ამის დასაძლევად მკვლევარებმა შეიმუშავეს მრავალშრიანი დიზაინი, რომელიც ცვლის ტრადიციული ცემენტის ფენებს პოლივინილის სპირტის (PVA) ჰიდროგელის ფენებით. ეს კონფიგურაცია აგვარებს მობილურობის საკითხს შემდეგი გზით:
სწრაფი იონური გზები: ჰიდროგელის ფენები იძლევა ჰიდროქსიდის იონების (OH-) სწრაფ ტრანსპორტირებას.
შერჩევითი იონური შეკავშირება: ცემენტსა და ჰიდროგელს შორის ინტერფეისები შექმნილია კალციუმის იონების მძლავრად შეკავშირების მიზნით (Ca2+), ხოლო სუსტად აკავშირებს OH-თან, რაც ქმნის მობილურობის დისბალანსს, რომელიც აძლიერებს თერმოელექტრო ეფექტს. ეს დიზაინი არა მხოლოდ აძლიერებს ელექტროენერგიის გამომუშავებას, არამედ აძლევს მატერიალურ ენერგიას შენახვის შესაძლებლობებს, რაც მას ფუნქციონირებს როგორც ჩაშენებული ბატარეა.
შედეგი არის ძლიერი, ორმაგი ფუნქციის მასალა ინფრასტრუქტურის რევოლუციის პოტენციალით. ამ ცემენტ-ჰიდროგელის კომპოზიტისაგან დამზადებულ გზებს, ხიდებს და შენობებს შეუძლიათ ჩაშენებული სენსორების, უკაბელო კომუნიკაციის სისტემების ან თუნდაც განათების ენერგია - ეს ყველაფერი ენერგიის გარე წყაროების საჭიროების გარეშე.
მკვლევარების ჯგუფის თანახმად, ცემენტ-პოლიმერული კომპოზიტის ფენიანი სტრუქტურა ქმნის უამრავ ინტერფეისს, რომელიც აძლიერებს იონთა ურთიერთქმედებას და ზრდის თერმოელექტრო მუშაობას. ისინი აღწერენ მასალის ბიომიმეტურ დიზაინს, როგორც საფეხურს მომავალი თაობის იონური თერმოელექტრული სისტემებისკენ.
წარმოიდგინეთ ტროტუარები, რომლებიც აანთებენ ქუჩების განათებას სიარულის დროს, ან ხიდები, რომლებიც აღმოაჩენენ ბზარებს და მყისიერად აცნობებენ მათ - ქსელში ჩართვის გარეშე. როდესაც ურბანული ტერიტორიები იზრდება და ჭკვიანი ტექნოლოგია ხდება აუცილებელი, მსგავსი ინოვაციები გვთავაზობს პერსპექტიულ ხედვას უფრო ეფექტურ და მდგრად აშენებულ გარემოში.
