Một số vật liệu mới và định dạng vật liệu mới cho ngành xây dựng trong tương lai

Trong giai đoạn hiện nay, nhu cầu sử dụng tăng cao, thiết kế các công trình không chỉ dừng ở việc đáp ứng về công năng, hình thức, yêu cầu phù hợp với tập quán, văn hóa mà đồng thời còn đòi hỏi nhu cầu tiện nghi vi khí hậu, sử dụng năng lượng có hiệu quả, hướng đến công trình bền vững. Do đó, người thiết kế phải luôn tìm tòi các vật liệu mới để thích ứng với nhu cầu người sử dụng. Bài viết giới thiệu một số vật liệu mới và định dạng vật liệu mới cho ngành xây dựng trong tương lai làm tài liệu tham khảo cho các nhà thiết kế nghiên cứu và đưa vào công trình của mình.

Graphene

Graphene là vật liệu vô cùng nhẹ trong khi cứng hơn cả thép và sợi cacbon. Có nhiều khả năng, trong tương lai nó có thể kết hợp với các vật liệu xây dựng truyền thống để tạo ra các cấu trúc vững chắc, ấn tượng hơn.Tuy nhiên, sản xuất graphene rất khó khăn nên các nhà xây dựng đã ít có cơ hội sử dụng loại vật liệu này trong các dự án. Đến bây giờ, phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Mỹ chỉ mới phát triển một phương pháp mới để sản xuất Graphene, đó là sử dụng kỹ thuật lắng đọng hơi hóa chất. Phát hiện này mở rộng đáng kể các ứng dụng tiềm năng và thị trường cho graphene. Bước tiếp theo của dự án làm giảm chi phí sản xuất và mở rộng khả năng ứng dụng của loại vật liệu này để được sử dụng rộng rãi.

Bê tông màu xanh lá cây

Phát triển vật liệu xây dựng mới không chỉ làm cho chúng có cường độ lớn hơn hoặc nhẹ hơn mà còn làm cho chúng thân thiện hơn với môi trường. Một nhóm nghiên cứu đến từ đại học Teknologi MARA tại Malaysia có thể tạo ra một loại vật liệu xây dựng đạt được điều này.Sử dụng cốt liệu thông thường cho bê tông trộn với chất thải phù hợp và các vật liệu tái chế để tạo ra một vật liệu thân thiện với môi trường nhưng vẫn đảm bảo chất lượng như bê tông thông thường. Một số vật liệu sử dụng bao gồm tro bay, cốt liệu bê tông tái chế và nhôm ở thể sợi.

Sợi carbon balsa

Gỗ balsa được biết đến là một loại vật liệu vô cùng nhẹ nhưng lại rất cứng. Dù vậy, rất khó để sản xuất nó và do đó giá thành còn cao. Tuy nhiên, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Harvard đã tạo ra một loại vật liệu composite (vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau) với trọng lượng nhẹ chưa từng có mà độ cứng khó có thể thay thế nó.Kết quả cuối cùng một sản phẩm có khả năng thay thế hoàn toàn các loại gỗ balsa. Không chỉ rẻ hơn, mà nó còn giúp loại bỏ các vần đề mà cấu trúc gỗ thông thường có với các hạt không đều và khó khăn để sử dụng trong các kết cấu chính xác.

Tơ nhện tổng hợp

Tơ nhện là một trong những loại vật liệu ấn tượng nhất thế giới tự nhiên, với độ bền cực kỳ cao. Các nhà nghiên cứu từ lâu đã muốn tạo ra một phiên bản tổng hợp giống như tơ nhện, nhưng cách để tạo ra một loại vật liệu có tính chất tương tự vẫn là một bí ẩn cho tới bây giờ.

Một nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Massachusetts đã sử dụng kỹ thuật in 3D để tạo ra hình mạng nhện giả để tìm hiểu thêm về cấu trúc của chúng. Họ tin rằng điều này là bước tiếp theo hướng tới một phiên bản tổng hợp.

Gỗ được cải thiện

Nghiên cứu từ trường Đại học Warwick và Cambridge đã đưa ra phát hiện mới về cấu trúc phân tử của gỗ. Điều này có thể mở ra những ứng dụng mới cho các nhà sản xuất vật liệu xây dựng để tạo ra một phiên bản cải tiến cho gỗ. Một trong những loại vật liệu xây dựng phổ biến nhất trên thế giới. Bước tiến quan trọng trong việc tìm hiểu các kiến trúc phân tử của thành tế bào thực vật sẽ ảnh hưởng đến việc xây dựng các nhà máy nguyên liệu tái tạo, năng lượng và cho các công trình xây dựng.

Những loại vật liệu xây dựng cho tương lai đang được phát triển trong các phòng thí nghiệm. Từ việc sản xuất các tấm graphen tới các siêu vật liệu đều được nghiên cứu về cả hình thức và chức năng. Dưới đây là một số đổi mới về định dạng vật liệu với khả năng thay đổi kiến trúc tương lai.

Vật liệu không thể phá vỡ

Giáo sư khoa học vật liệu tại Viện Công nghệ California (Caltech) Julia Greer đã sử dụng 2 photon bản in đá để tạo ra loại vật liệu siêu nhẹ nanotruss, có thể được bọc trong vật liệu như kim loại hoặc gốm, rỗng và được xếp chồng lên nhau trong xây dựng cơ bản. Loại vật liệu mới này đã nhóm các thuộc tính cấu trúc và vật chất của kim loại hay gốm để tạo ra những đặc tính chưa từng có trước đây bao gồm cả dung sai khuyết tật vật liệu và khả năng ghi nhớ hình dạng. Các nhà nghiên cứu đang cố gắng để gia tăng kích thước vật liệu từ kích thước milimet hiện tại. Vật liệu này có thể được sử dụng để sản xuất cửa sổ thông minh, bộ trao đổi nhiệt hay các tua bin gió.

Vật liệu có khả năng tự phục hồi và làm sạch

Đối với các vật liệu như kính, thép, giấy và các vật liệu khác, một lớp phủ có khả năng chống ẩm ngay cả khi bị trầy xước hay tiếp xúc với dầu do các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Công lập London là một ứng dụng vô cùng hữu ích. Lớp phủ này được tráng từ các hạt nano titan dioxide, loại bỏ dầu, nước, các tạp chất và cả bụi bẩn trong quá trình này.

Mặc dù hiện nay lớp phủ này mới chỉ được ứng dụng trên bề mặt 20cm2nhưng các nhà nghiên cứu cho biết có thể sử dụng lớp phủ này để sơn bề mặt, tạo một bề mặt có độ bền cao và có khả năng tự làm sạch.

Vật liệu dạng sóng

Các nhà nghiên cứu thuộc Trường Đại học Missouri đã phát triển phương pháp mới để điều khiển các sóng đàn hồi có thể truyền qua vật liệu mà không làm thay đổi thành phần, có tác dụng bảo vệ cấu trúc vật liệu trong địa chấn. Nhóm nghiên cứu đã phát triển mô hình vi cấu trúc trên một tấm thép để uốn cong hay làm khúc xạ sóng đàn hồi khỏi mục tiêu. Theo giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ Guoliang Huang, bằng cách chuyển hướng các sóng xung kích mang năng lượng lớn xung quanh các cơ sở hạ tầng quan trọng và các khu dân cư thông qua một “chiếc áo choàng” siêu vật liệu, có thể bảo vệ được dân cư và các tòa nhà khi gặp động đất hay sóng thần.

Các tấm Graphen tốt hơn

Các nhà nghiên cứu thuộc Caltech cho biết họ đã tìm được phương pháp sản xuất đại trà các tấm graphen siêu mỏng và các vật liệu nano siêu cứng có chất lượng cao hơn trước đây. Phương pháp sản xuất hàng loạt cho phép các sản phẩm có độ bền cao hơn, hình thức đẹp hơn, đồng thời cắt giảm thời gian sản xuất từ vài giờ đến vài phút và tăng kích thước sản phẩm từ milimet đến vài inch. Quá trình này không đòi hỏi các thiết bị xử lý hay cơ sở hạ tầng hiện đại.

Bê tông bền vững hơn

Tại Trường Đại học Purdue, các nhà nghiên cứu đã thêm các tinh thể nano cellulose có nguồn gốc từ sợi gỗ vào bê tông. Vật liệu nano cốt thép vượt trội hơn các vật liệu truyền thống bởi các tính chất cơ khí và hóa học, độ bền cao hơn, chịu được va đập mạnh và tính linh hoạt tốt hơn. Khi áp dụng vật liệu này cho bê tông, giúp giảm ảnh hưởng môi trường tới cấu trúc vật liệu, cần ít vật liệu hơn để đạt được một hiệu ứng tương tự. Các chất phụ gia nano tinh thể có thể được chiết suất như một sản phẩm phụ của ngành nông nghiệp, năng lượng sinh học và sản xuất giấy.

(Nguồn dccd.vn)