氧化石墨烯可用於加固3D列印混凝土並使其電氣化
3D列印混凝土結構據稱比傳統結構建造速度更快、成本更低,但其強度並不總是那麼高。透過添加少量氧化石墨烯,這個問題可能很快就會迎刃而解,不僅如此,氧化石墨烯還可以用來偵測裂縫。
以增強混凝土製作的3D 列印測試結構之一
通常,混凝土建築、橋樑和其他結構都是透過將濕混凝土澆注到木模(又稱為模板)中製成的,一旦混凝土硬化,木模就會被拆除。
相較之下,3D 列印技術則是將擠出的混凝土層層疊加,並在硬化過程中黏合在一起。不幸的是,這些層之間的黏結有時會成為薄弱點,從而降低結構的整體強度。
為了解決這個問題,澳洲皇家墨爾本理工大學(RMIT University)和墨爾本大學(University of Melbourne)的科學家嘗試將氧化石墨烯添加到用作3D 列印混凝土黏結劑的水泥中。氧化石墨烯是石墨烯的氧化形式,而石墨烯又是由一個原子厚的碳原子片以蜂巢狀連接在一起。
在試驗了不同的用量後發現,當氧化石墨烯的用量為水泥重量的0.015%時,混凝土的層間黏合效果較好。整體強度提高了10%。
皇家墨爾本理工大學副教授喬納森-陳(Jonathan Tran)說:”氧化石墨烯表面具有官能基,這些官能基就像材料表面的粘點,可以抓住其他東西。這些’粘點’主要由含氧的各種官能基組成,它們在促進氧化烯與水泥等其他材料的牢固結合方面發揮著至關重要的作用。這種強大的粘合力可以提高混凝土的整體強度。”
較高劑量的氧化石墨烯實際上降低了混凝土的強度和用途
還有一個額外的好處,由於石墨烯具有很強的導電性,因此可以透過硬化的混凝土傳遞電流。希望有一天這種功能能用於裂縫檢測系統,即使是最小的裂縫也能中斷貫穿混凝土結構的電路。
在這方面還需要進行更多的研究,而且科學家們還沒有確定增強3D 列印混凝土的強度與傳統澆注混凝土的強度相比如何。由皇家墨爾本理工大學博士生劉俊利領導的這項研究的論文最近發表在《增材製造通訊》(Additive Manufacturing Letters)雜誌上。
在先前的研究中,氧化石墨烯曾被用於在混凝土上形成保護層,以及增加用於加固混凝土的碎面罩纖維的黏合強度。