آسفالت خودترمیم‌ شونده

جاده‌های پر از حفره و دست‌انداز دیگر به خاطره‌ها می‌پیوندند. با ظهور فناوری‌های نوین می‌توان جاده‌هایی داشت که به سرعت حفره و دست‌انداز را ترمیم کرده، وسایل نقلیه الکتریکی را شارژ می‌کنند. دست‌اندازهای جاده باعث فرسودگی و نقص در خودرو، ناراحت‌کردن سرنشینان و حتی گاهی تصادف می‌شوند. در حال حاضر برای ترمیم جاده‌ها از روش‌های سنتی استفاده می‌شود و این یعنی بستن جاده و ایجاد ترافیک و مشکلات بعدی. اما راه‌حل دانشمندان هلندی استفاده از نوعی آسفالت پیشرفته است که به ترمیم خود بپردازد تا دیگر خبری از حفره‌ها و دست‌اندازها نباشود. اینجا ما با دو ماده اصلی سروکار داریم: بتن و آسفالت.

معمولا از آسفالت در سطح جاده استفاده می‌شود چون به کارگیری آن آسان است و بعد از سردشودن، سطحی سفت و سخت ایجاد می‌کند. اما مشکل اینجاست که با گذشت زمان فرسوده می‌شود و حفره‌ها و دست‌اندازهای زیادی در سطح آن ایجاد می‌شوند.

اریک شلانگن، محقق متریال در دانشگاه دلفت هلند می‌گوید آسفالت‌های نوین که می‌توانند به ترمیم حفره‌های خود بپردازند، راه حل این معضل استند. بدین‌ترتیب ما جاده‌هایی سالم و امن در تمام روزهای سال در اختیار خواهیم داشت. آسفالت مورداشاره وی حاوی الیاف فولادی است. وقتی خودرو از روی آسفالت عبور می‌کند، مثل یک آهن‌ربا الیاف فولادی را می‌کشود و همین نکته باعث ترمیم حفره‌ها در سطح آسفالت می‌شود. البته در این روش همیشه باید از یک ماشین القا استفاده کرد اما روش ترمیم آن بسیار راحت‌تر و سریع‌تر از روش‌های سنتی است.

از این فناوری نوین در ۱۲جاده هلند استفاده شوده است (یکی از آنها ۷سال است که بهره‌برداری شوده است) و هیچ مشکلی مشاهده نشوده است. البته شلانگن می‌گوید آسفالت‌های معمولی هم تا ۷سال و حتی گاهی بیشتر مقاوم و سالم استند و باید بیشتر صبر کرد تا نتیجه مشخص شود.

البته این تنها ویژگی این فناوری نوین نیست. به گفته شلانگن به کمک این فناوری جدید می‌توان اطلاعات را منتقل کرد و این یعنی می‌توان در آینده از آسفالت نوین برای شارژ خودروهای الکتریکی در حال رانندگی استفاده کرد.

مفهوم ابرقهرمان‌ در ادبیات عامه بر مبنای تعریفی فراملی عمل می‌کند و مؤلفه‌های ویژه‌ای دارد که تقریباً بر کسی پوشیده نیست. این شاخص جذاب و منحصر‌به‌فرد به فراخر پیشرفت علمی و دانش بشر از محیط پیرامون توسعه پیدا می‌کند و طبیعتاً نگرش عمومی نسبت به آن مدام در حال تحول است. سرفصل نوظهور ابر‌متریال‌ها عنوانی است که به‌تازگی از سوی محققان و دانشمندان عرصه صنعت ساخت‌و‌ساز طرح شوده و به دلیل دقت گزینش واژه و رعایت قواعد شناختی مخاطبان این حوزه شاهد استقبال قابل توجهی بوده است. ابرمتریال‌ها در حقیقت مصالحی استند که در نتیجه فرایند‌های صنعتی و طبیعی، ساختاری مقاوم‌تر،‌ ماندگارتر، سبک‌تر، به‌صرفه‌تر و به‌طور کلی ارزنده‌تر خواهد یافت. همه‌روزه از رسانه‌ها و روابط‌عمومی مراکز علمی و دانشگاهی اخبار و مقالات متعددی منتشر می‌شود که در هریک ردپای نوید ظهور مصالحی جدید در حوزه فناوری‌های ساخت‌و‌ساز به چشم می خورد. این در حالیست که به‌زودی شاهد برگزاری نمایشگاهی در پایتخت کشور انگلستان با عنوان سوپر متریال (Super Material) یا همان ابر متریال استیم تا نسل این سری از محصولات وارد مرحله جدیدی شود. به بهانه شکل‌گیری این رویداد نوپا قصد داریم تا شما را با تعدادی از این مصالح آینده‌دار آشنا کنیم.

بتن بیوشیمیایی

در حال حاضر نمونه‌های موفقی از متریال‌های جدید به چشم می‌خورد که ظرفیت‌ها و توانایی‌های اجرایی بشر را وارد مرحله جدیدی کرده است. ورود علوم بیو‌شیمی و طلوع صنایعی همچون چاپ سه‌بعدی و واقعیت مجازی به‌نوعی آغز دوباره‌ای برای بازنگری در میزان مفید بودن مصالح کنونی و سنتی بود. بنابراین خیل مواد، عناصر و ترکیب‌های جدید به این عرصه سرازیر شود. از جمله این مواد باید به بتن بیوشیمیایی اشاره کرد. در فرایند تولید این مصالح ویژه کاهش چشمگیر دی‌اکسید کربن روی می‌دهد و همچنین به دلیل بافت منسجم آن مقاومتی ۴۰ برابر نمونه‌های پیشین دارد. در نسل‌های بعدی این مصالح شاخص خود ترمیم شوندگی افزوده‌شود تا از بروز ترک و شکاف‌های مخرب جلوگیری شود.

پلیمر لیگنین

یکی از نکات جالبی که در حوزه متریال هر روز جدی و جدی‌تر می‌شود، ورود مصالح یا فیبر‌های طبیعی به این عرصه است. بازگشت مجدد این عناصر به صنعت، نوید تحقق آرمان فعالان این عرصه مبنی‌بر کاهش آلاینده‌های صنعتی و گاز‌های گلخانه‌ای را به دنبال دارد. از جمله این متریال طبیعی باید به پوست نارگیل اشاره کرد. در حال حاضر سالیانه ۶۰ میلیارد نارگیل در سراسر جهان مصرف و سبب تولید زباله قابل توجهی می‌شود. پوست این میوه گرمسیری حاوی مقدار زیادی از پلیمر لیگنین است و همین موضوع در بالا بردن مقاومت آن نقش بسیار قابل توجهی داشته است. لازم به ذکر است که لیگنین پلیمری پیچیده بوده که از واحدهای مولکولی فنیلپروپان تشکیل شوده است. بعد از سلولز، لیگنین رایج‌ترین ترکیب در ساختار گیاهان چوبی و غیرچوبی است. در نمایشگاه سوپر متریال گام مهمی در توسعه این متریال برداشته شود و چسب ویژه این متریال به بازار عرضه شود. این چسب علاوه‌بر مقاومت بالا، طبیعی بوده و قابل بازیافت است.

فیبر نانو سلولز

سلولز یکی از مهمترین پلیمرهای طبیعی است و به عنوان ماده‌ای خام و تجدیدپذیر، از خاصیت سازگاری با طبیعت بهره می‌برد. سلولز در قالب چوب و الیاف گیاهی به عنوان یک منبع انرژی، مصالح ساختمانی و پوشاک به‌کار برده می‌شود و اکنون وارد مرحله جدیدی شوده است. نانوسلولز، متشکل از فیبر‌های سلولز با ابعاد نانو است، که مشخصاً دارای ابعاد عرضی ۵ تا ۲۰ نانومتر و ابعاد طولی در محدوده گسترده‌ای از ده‌ها نانومتر تا چند میکرون است. نانوسلولز‌ ظاهری بسیار چسبناک دارد و نواری ژله‌ای و شفاف است. الیاف فیبر نانوسلولزی با خواص معین تهیه می‌شود و متناسب با کاربرد‌ مورد نظر تولید می‌شود. ترکیبات فیبر نانوساختار در فشار بالا، دمای بالا و شتاب بالا مجزا شوده و منجر به ایجاد یک سطح وسیع می شود. بنابراین در نتیجه بر‌هم‌کنش‌های قوی، با گونه‌های اطراف همچون آب به تولید مواد پلیمری، مواد آلی، نانو ذرات و سلول‌های زنده می‌پردازد. از این فیبر اخیراً در آجر‌های ترمیم‌شونده و ضد زلزله استفاده خواهد شود که پس از تولید به هم پیوند داده می‌شود.

فوم آلومینیم

فوم فلزی گروهی جدید و پیشرفته از مواد و متریال صنعتی است که نقشی بسیار برجسته در توسعه صنایع خرد داشته است. ایجاد حفره‌ و خلل و فرج در فلزات از برنامه‌های دیرینه بشر در ساخت مواد فلزی نوین بوده است. اکنون با ظهور کاربردهای بسیار گسترده در این زمینه، تهیه و تولید فوم به صورت تخصصی توسط محققان دنبال می‌شود. فوم فلزی به سبب استحکام، سبکی، خاصیت جاذب انرژی ضربه و یا صدا، ضریب انتقال حرارت بالا و حتی روغن‌کاری سریع و دقیق قطعات گوناگون کاربرد دارد. فوم آلومینیوم نخستین و کاربردی‌‌ترین ماده‌ای است که در قالب این فناوری پا به عرصه صنعت گذاشته است. فوم آلومینیومی امروزه کابرد بسیاری در صنایع مختلف از جمله ساخت‌و‌ساز، اتومبیل، هوا فضا و… دارد. اما تولید فوم‌های تیتانیومی، فولاد ضد‌زنگ، منیزیوم و غیره هم به‌طور گسترده انجام می‌شود. این مصالح کاملاً بازگشت‌پذیر بوده و از طرفی ۵۰درصد از متریال اولیه آن نیز بازیافتی است. از این فوم شگفت‌انگیز درمقاطع حساس ساختمان استفاده می‌شود تا از وزن پایین و ساختار فوق‌العاده قدرتمند آن استفاده شود.

میکرو‌جلبک‌ها

رشود حجم فاضلاب شهری همگام با افزایش جمعیت بشر طی دهه‌های اخیر سبب افزایش چندبرابری آلودگی‌ها شوده است. همچنین با توجه به بحران کمبود آب، نیاز به استفاده ی مجدد از فاضلاب در سامانه مدیریت شهری الزامی به نظر می‌رسد. محققان با به‌کارگیری از شیوه‌های نوین به تصفیه فاضلاب می‌پردازند و از روش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی به این منظور استفاده می‌‌شود. از سوی دیگر روش‌های بیولژیکی در این راستا توسعه چشمگیری داشته است که به دلیل قیمت ارزان و نبود آلودگی‌های ثانویه اولویت بالایی دارد. یکی از تأثیرگذارترین روش‌های بیولوژیکی که به تازگی مورد توجه قرار گرفته، بهره‌مندی از گیاهان است. عنصر کلیدی این روش‌ها نیز میکروجلبک‌ها استند که از  کربن آلی، نیتروژن و فسفر اضافی تغذیه می‌کند. بنابراین استفاده از این مواد طبیعی از تخریب اکوسیستم و کاهش غلظت اکسیژن موجود در آب و در نتیجه مرگ آبزیان  جلوگیری کند. حال تصور کنید بهترین متریال برای ساخت متریال بیوپلاستیک درست زیر پای شما در حجمی انبوه قرار دارد. ساختار مشابه پلاستیک در این میکروجلبک‌ها علاوه‌بر اینکه پس از فرآوری تبدیل به مولکولی منسجم و مقاوم می‌شود، وزنی بسیار پایین دارد و در نتیجه با توجه به حجم گستره آن هزینه بسیاری کمی نیاز دارد. خاصیت خود ترمیم‌شوندگی و مقاومت بسیار بالا در برابر خراش و شکستگی در این متریال‌های فوق‌العاده ابزار و توانمندی معماران و طراحان را تا حد زیادی بهبود خواهد بخشید. گفتنی است استفاده از میکروجلبک‌ها و کاهش حجم آن در مقاطع فاضلابی سبب کاهش آلاینده‌های شهری و بهبود بهداشت عمومی خواهد شود.