Primjena grafena kao supematerijala u gradjevinarstvu

Grafen je najtanji i najlakši poznati materijal koji je oko 200 puta jači od čelika, jedan je od najboljih provodnika struje i toplote i vizuelno proziran. Ipak, uprkos ovim izuzetnim kvalitetima, supstanca nije bila dostupna u građevinarstvu.

Otkako su profesori Andre Geim i Konstantin Novoselov izolovali grafen na Univerzitetu u Mančesteru 2004. godine, dostignuće koje im je donijelo Nobelovu nagradu za fiziku 2010., dizajneri i proizvođači su tražili načine da iskoriste ovaj supermaterijal u izradi komercijalnih proizvoda. Kao rezultat toga, mnoge aplikacije su trenutno u razvoju, s ranim uspjesima u dodirnim ekranima pametnih telefona, baterijama, mastilima, kompozitima i tehnologijama filtracije.

S obzirom na novost i početnu proizvodnju grafena u malim serijama, nije iznenađujuće da bi primjena ovog materijala debljine jednog atoma, tvrđeg od dijamanta, a elastičnijeg od gume bila ograničena na specijalizovane proizvode male veličine. Međutim, zahvaljujući uspjesima u skaliranju industrijske proizvodnje, grafen konačno ulazi u izgradnju proizvoda, manje od dvije decenije nakon prve izolacije supstance u laboratoriji.

Solarno grijanje i radijacijsko hlađenje

Jedna predložena aplikacija poboljšava zastakljivanje zgrada, omogućavajući im da funkcioniše kao podesiva površina u svrhu uštede energije. Istraživači sa Pratt School of Engineering Univerziteta Duke u Durhamu, razvili su elektrohromno staklo sa grafenom koje se može prebacivati između solarnog grijanja i radijacijskog hlađenja. U takvoj primjeni, grafen pruža odličnu provodljivost, toplotu i transparentnost vidljive svjetlosti, te reverzibilnost struje.

Otpornost čelika

Druga upotreba poboljšava otpornost čelika na vremenske uslove. Naučnici sa Univerziteta Buffalo u New Yorku stvorili su premaz koji uključuje čestice grafena kako bi povećali zaštitu od hemijske degradacije. Istraživači su uronili različite uzorke čelika u slanu vodu, visoko korozivnu sredinu za neobrađeni čelik. Optimizovani premaz grafena, koji koristi provodljiva i hidrofobna svojstva materijala, omogućio je potopljenom čeliku da ostane nepromijenjen mjesec dana. Sa idejom da će sloj trajati mnogo duže na otvorenom, naučnici vide novu površinsku obradu kao ekološki odgovornu alternativu toksičnim premazima kao što je heksavalentni hrom, koji je kancerogen.

Grafen u betonu

Manje očekivana primjena grafena u građevinskom proizvodu je beton. Pokušavajući da iskoriste impresivne mehaničke performanse grafena, istraživači sa Univerziteta Exeter u Engleskoj stvorili su novu metodu dodavanja materijala konvencionalnom betonu. Kao što je navedeno u radu "Nanoinženjering grafena i betonskih kompozita ultravisokih performansi za multifunkcionalne primjene", nova tehnika dodaje "vodom stabilizovane grafenske disperzije" u betonsku mješavinu, što rezultira materijalom dvostruke čvrstoće i četiri puta većom vodootpornošću. Značajno je da istraživači tvrde da su materijali potrebni za izradu betona smanjeni za 50%, što znači uštedu od 446 kilograma po metričkoj toni emisije CO2.

Grafen kao izuzetan alotrop ugljenika pokazuje impresivne performanse, ali njegova utjelovljena energija nije beznačajna, i ovaj otisak se mora uzeti u obzir u bilo kojim proračunima poboljšanja materijala.

Kako grafen ulazi u staklo, čelik, beton, tekstil i mnoge druge građevinske proizvode, važno je procijeniti njegove potencijalne posljedice sve veće upotrebe. Materijal je netoksičan, ali ostaje nejasno da li njegova raspršena vlakna mogu dovesti do rasprostranjenog ekološkog otpada kao što sada vidimo kod mikroplastike. Ovaj izuzetan alotrop uglljenika pokazuje impresivne performanse, ali njegova utjelovljena energija nije beznačajna, i ovaj otisak se mora uzeti u obzir u bilo kojim proračunima poboljšanja materijala. Ako nastavimo da koristimo naše rastuće kolektivno znanje o performansama životnog ciklusa materijala, možemo prihvatiti kapacitete ovog supermaterijala koji mijenjaju paradigmu, a izbjegavajući neke od zamki sa kojima se industrija susrela sa prošlim supstancama.