據外媒New Atlas報導，隨著科學家們努力提高混凝土的強度和耐久性，“神奇材料”石墨烯被證明是一種有前景的添加劑，這也許並不令人驚訝。作為世界上最強的人造材料，它可能有很多東西可以提供給建築界，而這一最新的例子來自美國西北大學的研究人員，他們已經開發出一種新型的石墨烯填充水泥，具有很強的防水性和抗裂性。

作為世界上使用最廣泛的材料–混凝土生產的關鍵成分，水泥具有巨大的環境足跡，佔全球溫室氣體排放量的8%左右。研究人員希望通過開發持續時間更長的混凝土形式來減少這一負擔，從而減少對進一步的混凝土的需求，以取代受損的結構。

混凝土結構失敗的原因之一是裂縫的形成，開始時是微小的破裂。一旦水滲入這些破裂處，就會導致它們的規模不斷擴大，直到整個東西需要修復或更換。我們已經看到了一些有趣的方法，科學家可能能夠干預這一過程，例如通過“自我修復”混凝土，在血液酶、真菌和特殊膠水的幫助下修復裂縫。

石墨烯也可能在這方面發揮一定作用。我們已經看到了有希望的混凝土原型，它使用片狀石墨烯來降低水的滲透性，甚至看到了舊輪胎如何被轉化為石墨烯來生產更堅固的混凝土。而這項技術正開始進入現實世界，工程師們最近在英國澆築了世界上第一塊石墨烯增強的混凝土板。

西北大學的研究人員一直在研究另一種增壓水泥配方，其中加入了這種神奇材料的微小顆粒，使混凝土更耐水。該團隊試驗了一系列的顆粒類型，包括碳納米管、碳納米纖維和石墨烯納米片，然後通過一種被稱為划痕測試的先進技術測試它們的性能。這使材料的微觀位點受制於錐形探針，以測試其斷裂反應。

“我能夠同時觀察許多不同的材料，”該研究的主要作者Ange-Therese Akono說。“我的方法直接在微米和納米尺度上應用，這節省了大量的時間。然後在此基礎上，我們可以了解材料的行為方式，它們是如何裂開的，並最終預測它們對斷裂的抵抗力。”

這些實驗還使科學家們能夠調整水泥的構成以提高其性能。通過這個過程，研究小組找到了石墨烯納米片作為獲勝成分，他們發現可以少量加入石墨烯以提高成品的抗斷裂性。這是通過降低材料的孔隙率來實現的，因此水的滲透性降低了78%。

Akono說：“納米顆粒在這種應用中的作用在此之前還沒有被理解，所以這是一個重大的突破。作為一個受過培訓的斷裂力學專家，我想了解如何改變水泥生產以增強斷裂反應。 ”

這項研究發表在《英國皇家學會哲學會刊A》雜誌上。