Vodivý beton s nanosazemi. Kredit: Andrew Logan / MIT.

Beton je v dnešní době velmi všestranný a nejběžnější konstrukční materiál. Používá se po celém světě a staví se z něj skoro všechno. To ale rozhodně neznamená, že by byl beton dokonalý a že by jej nebylo možné vylepšit. Odborníci amerického institutu MIT přidali do cementu nanosaze a vytvořili tím beton, který je elektricky vodivý.

Tradiční beton je typický nevodič. Materiáloví vědci se to ale v poslední době snaží změnit a vytvořit vodivý beton. Obvykle to řeší přidáváním nějaké podoby uhlíku. Už se třeba objevil beton, který automatický roztává napadaný sníh. Nancy Soliman a její kolegové z Massachusettského technologického institutu teď jako příměs do betonu zvolili nanosaze (nanocarbon black), levný uhlíkový materiál, který dramaticky zvyšuje vodivost betonu. Stačí, kdyč nanosaze tvoří cca 4 procenta objemu betonu a ten už v pohodě vede elektrický proud. Takový beton se průchodem elektrického proudu rovněž zahřívá.

Logo Massachusettský technologický institut.  Kredit: MIT.

Jak uvádějí autoři studie, v jejich betonu vzniká Jouleovo teplo, které je vytvářené elektrickým proudem, konkrétně interakcemi mezi procházejícími elektrony a atomy ve vodiči. Elektrony elektrického proudu, urychlené elektrickým polem, předávají část své kinetické energie atomům vodiče a vyvolávají tím jejich vibrace. A tyto vibrace nejsou nic jiného než teplo, takže se vodič při průchodu elektrického proudu zahřívá.

Vzorky betonu s různým množstvím nanosazí. Kredit: Andrew Logan / MIT.

Experimenty potvrdily, že beton s nanosazemi je velmi výkonný v tvorbě tepla. Pokud se do něj pustí proud i o nízkém napětím 5 V, tak se ohřeje. V tomto případě se vzorky betonu s nanosazemi zahřály na zhruba 41 °C. Takto efektivní materiál by se podle tvůrců mohl prosadit nejen ve venkovním prostředí při roztávání sněhu a ledu, ale také v indoorových technologiích.

Podle badatelů by se tento beton mohl například stát ideálním materiálem pro vyhřívání podlah. V dnešní době se takové vyhřívání obvykle řeší systémem trubek s ohřátou vodou. Takové systémy jsou ale náročné na výstavbu i na údržbu. Pokud by se ohřívaným materiálem stal samotná beton podlah, tak by to konstrukci vyhřívání podlah významně zjednodušilo a zlepšil by se i provoz těchto systémů. Beton s nanosazemi rovněž slibuje homogenní tvorbu tepla, díky velmi dobrému rozptylu nanosazí v takovém materiálu.

Literatura

MIT News 20. 4. 2021.

Physical Review Materials 4: 125401.