混凝土非常有用，這就是為什么它是世界上使用最廣泛的建筑材料的原因。但是可以說，它實際上并沒有做任何事情?，F(xiàn)在，工程師們通過摻入納米碳黑來制造可以導電并產(chǎn)生熱量的混凝土。
通常，混凝土是絕緣體，是抗電的，但是最近的研究集中在使其導電。向混合物中添加某種形式的碳通?？梢越鉀Q問題，過去的版本正在自動融雪的機場跑道上進行測試。
對于這項新研究，麻省理工學院混凝土可持續(xù)發(fā)展中心（CSHub）和法國國家科學研究中心（CNRS）的研究人員向混凝土中添加了納米碳黑，這是一種廉價的碳材料，具有出色的導電性。僅占體積的百分之四，混凝土就能夠承載電流-結果，它也散發(fā)出熱量。
使電流流過導電混凝土會使其升溫
該研究的合著者尼古拉斯·尚努特（Nicolas Chanut）說："焦耳加熱（或電阻加熱）是由導體中移動的電子與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，從而引起晶格中原子的振動，這表現(xiàn)為熱量和材料中溫度的升高。"
新型導電混凝土是通過混入少量納米碳黑制成的
該論文的主要作者，麻省理工學院CSHub博士后南?！に骼∟ancy Soliman）認為，這項研究有可能為一種已經(jīng)很流行的建筑材料增加一個全新的維度。
她解釋說："這是導電膠的一階模型。" "而且它將帶來鼓勵擴大此類[多功能]材料所需的[知識]。"
從納米級到最新技術
在過去的幾十年中，納米碳材料因其獨特的性能組合（其中最主要的是導電性）而激增。以前，科學家和工程師已經(jīng)提出了一種材料的開發(fā)，如果將其摻入水泥和混凝土中，它們可以賦予水泥和混凝土導電性。
對于這項新工作，Soliman希望確保他們選擇的納米碳材料價格合理，足以大規(guī)模生產(chǎn)。她和她的同事們選擇了納米碳黑-一種具有出色電導率的廉價碳材料。他們發(fā)現(xiàn)他們對電導率的預測得到了證實。
索利曼說："混凝土自然是一種絕緣材料，但是當我們添加納米碳黑顆粒時，它會從絕緣體變成導電材料。"
通過將納米炭黑的混合量僅占混合物的4％，Soliman和她的同事發(fā)現(xiàn)它們可以達到滲濾閾值，即樣品可以承受電流的點。
他們注意到，這股電流也有一個有趣的結果：它可能產(chǎn)生熱量。這是由于所謂的焦耳效應。
論文的合著者，麻省理工學院CSHub博士后Nicolas Chanut解釋說："焦耳加熱（或電阻加熱）是由導體中移動的電子與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，從而引起晶格中原子的振動，這表現(xiàn)為熱量和材料中溫度的升高。"
在他們的實驗中，他們發(fā)現(xiàn)即使是很小的電壓（低至5伏）也可以將其樣品的表面溫度（大小約為5 cm 3）提高到41攝氏度（約100華氏度）。雖然標準熱水器可能達到可比較的溫度，但與傳統(tǒng)的加熱策略相比，考慮這種材料的實現(xiàn)方式非常重要。
"該技術可能是輻射室內地板采暖的理想選擇，" Chanut解釋道。通常，室內輻射采暖是通過使熱水在地板下運行的管道中循環(huán)來完成的。但是，該系統(tǒng)的構建和維護可能具有挑戰(zhàn)性。但是，當水泥本身成為加熱元件時，加熱系統(tǒng)將變得更易于安裝且更可靠。此外，由于納米粒子在材料中的良好分散，水泥提供了更均勻的熱分布。"
納米碳水泥在戶外也可以有多種應用。Chanut和Soliman認為，如果在混凝土路面上使用，納米碳水泥可以減輕耐久性，可持續(xù)性和安全性問題。這些問題大部分來自使用鹽來除冰。
"在北美，我們看到很多雪。要清除道路上的積雪，需要使用除冰鹽，這可能會損壞混凝土并污染地下水。" 用于加鹽道路的重型卡車也很重，而且運行成本高。
通過在路面上輻射加熱，納米碳水泥可用于在不增加道路鹽分的情況下為路面除冰，潛在地節(jié)省了數(shù)百萬美元的維修和運營成本，同時消除了對安全和環(huán)境的擔憂。在某些情況下，保持特殊的路面狀況至關重要（例如機場跑道），該技術可能會證明是特別有利的。
這項研究發(fā)表在" Physical Review Materials."雜志上。
