Исследователи из Юго-Восточного университета Китая разработали инновационный цементный материал, который может не только служить основой для строительства, но и вырабатывать и хранить электроэнергию. Это открытие может стать важным шагом в развитии умной городской инфраструктуры.
В основе разработки — композит из цемента и гидрогеля, вдохновлённый структурой стеблей растений. Учёные создали многослойную систему, в которой чередуются слои традиционного цемента и поливинилового спирта (PVA-гидрогеля). Такая конструкция позволяет эффективно преобразовывать тепловую энергию в электричество за счёт так называемого ионного термоэлектрического эффекта.
Гидрогелевые прослойки
Ограниченная подвижность ионов в традиционном цементе долгое время оставалась главным препятствием для практического использования ионного термоэлектрического эффекта. Плотная структура цемента мешает свободному перемещению ионов, особенно гидроксид-ионов (OH⁻), по его порам. В новой разработке гидрогелевые прослойки играют роль "скоростных каналов", облегчая движение этих ионов, в то время как интерфейсы между слоями цемента и гидрогеля создают селективные связи с кальциевыми ионами (Ca²⁺), усиливая эффект за счёт различий в подвижности различных типов ионов.
Ещё одна важная особенность нового материала — способность не только генерировать, но и накапливать электроэнергию. Это делает возможным создание "умных" строительных конструкций — например, дорог, зданий и мостов, которые смогут самостоятельно питать встроенные датчики и системы связи без подключения к внешнему источнику энергии.
Потенциал такого материала обсуждается и на международных научных площадках. На конференции SynBioBeta, посвящённой синтетической биологии, будет проведена сессия о снижении выбросов углерода в цементной промышленности, где в числе прочих решений представят и новые биоинженерные материалы, включая этот цемент-гидрогелевый композит.
Как считают авторы исследования, их разработка может стать основой для создания высокоэффективных термоэлектрических материалов будущего и сыграть ключевую роль в устойчивом строительстве.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Bulletin.
