科學家賦予混凝土導電導熱特性5V低電壓就能加熱到41℃
混凝土是全球使用最廣泛的建築材料之一。現在,工程師通過摻入納米碳黑,製造出了可以導電和產熱的混凝土。通常情況下,混凝土是絕緣體,不過科學家通過加入某種形式的碳就能實現導電的特性。此前曾在機場跑道上使用,用於自動融化積雪。
不過在最新的研究,麻省理工學院混凝土可持續發展中心(CSHub)和法國國家科學研究中心(CNRS)的研究人員在混凝土中加入了納米碳黑,這是一種廉價的碳材料,擁有良好的導電性。在僅佔據4% 的體積下,混凝土不僅能夠攜帶電流,而且還能釋放熱量。
該研究的共同作者Nicolas Chanut 表示:“焦耳加熱(或電阻加熱)是由導體中移動的電子和原子之間的相互作用引起的。電場中的加速電子每次與原子碰撞時都會交換動能,誘髮晶格中原子的振動,這表現為熱量和材料中溫度的上升”。
在測試中,研究小組發現,納米碳黑混凝土在產生這種熱量方面非常有效。小至5伏的電壓就足以將混凝土樣品的表面溫度提高到約41℃(106°F)。這不僅可以像其他導電混凝土那樣用於室外表面除冰,而且該團隊說這種材料也可以在室內使用。
Chanut表示:“這項技術可能是室內地板輻射加熱的理想選擇。通常情況下,室內輻射加熱是通過在地板下的管道中循環加熱水來完成的。但這種系統在建造和維護方面可能具有挑戰性。然而,當水泥本身成為一個加熱元件時,加熱系統的安裝變得更簡單,更可靠。此外,由於納米顆粒在材料中的分散性非常好,水泥提供了更均勻的熱量分佈” 。