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Graphen im Tiefbau

Anonim

Einführung

Wissenschaftler der University of Manchester isolierten 2004 erstmals Graphenflocken und erhielten sechs Jahre später einen Nobelpreis für Physik. Die vielen hervorragenden Eigenschaften des Materials haben jedes Jahr zu Tausenden von wissenschaftlichen Veröffentlichungen und Patenten in diesem neuen und aufregenden Forschungsgebiet geführt.

Graphen ist eine ein Atom dicke Wabe aus Kohlenstoffatomen mit weltweit führenden mechanischen, thermischen, optischen und elektrischen Eigenschaften. Es wurde bereits für flexible Elektronik, Energiespeicher, Nanokomposite, Sensoren, Flüssigkeitsfiltration und Wärmemanagement eingesetzt.

Bauanwendungen

Britische Unternehmen entwickeln derzeit kommerzielle Anwendungen von Graphen für den Tiefbau. Zum Beispiel entwickelt Graphitene Ltd derzeit thermisch leitfähige Zementmörtelmaterialien, die Graphen enthalten, für geothermische Bohrungen sowie Zemente mit Graphen-Beimischungen, die mechanisch stärker sind.

Das Unternehmen arbeitet auch an der Verbesserung von Asphalt mit Graphen, sowohl für wärmebeständige als auch für dauerhafte Straßen, mit verbesserter Rückfederung und geringerer Rissbildung sowie für feuerfeste Bitumendachmaterialien.

Inzwischen hat Haydale Composite Solutions Ltd die Produktion von mit Graphen verstärkten, elektrisch leitfähigen, kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen mit verbesserter Beständigkeit gegen Blitzschlagbeschädigung angekündigt. Dieser wurde bereits in ein von Airbus entworfenes Querruder eingebaut und könnte bald für Windräder verwendet werden.

Bedenken in der Lieferkette

Obwohl die Zukunft dieses 2D-Kohlenstoffmaterials glänzend ist, ist es nicht ohne Herausforderungen. Eines der entscheidenden Hindernisse für reale Anwendungen ist das mangelnde Vertrauen in die Lieferkette.

Es ist üblich, dass Unternehmen, die Graphen-basierte Produkte entwickeln möchten, Schwierigkeiten haben, eine zuverlässige Quelle für Material von Graphen-Lieferanten zu finden. Dies liegt an der Variabilität von Charge zu Charge, die durch die Tatsache verstärkt werden kann, dass weder der Lieferant noch der Endverbraucher die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des gelieferten Materials wirklich kennen.

Das Problem ist, dass handelsübliches Graphen von Hunderten von Lieferanten weltweit typischerweise ein schwarzes Pulver oder eine schwarze Flüssigkeit ist, die Flocken von einer oder wenigen Schichten Graphen sowie Graphit enthält. Die Messung einer statistisch repräsentativen Menge an nanoskaligen Flocken für jeden Teil jeder Materialcharge, die im Tonnenmaßstab hergestellt werden kann, ist äußerst schwierig. Ebenso gibt es hierfür keine standardisierten Messverfahren und daher gibt es keine klar definierten Qualitätskontrollverfahren.

Neuer Standard und Leitfaden

Das Problem wird durch die Arbeit am National Physical Laboratory (NPL), dem nationalen Messinstitut des Vereinigten Königreichs, angegangen, das den ersten internationalen Graphen-Standard für die Terminologie innerhalb der International Organization for Standardization (ISO, 2017) entwickelt hat. Dies ist ein wichtiger erster Schritt, damit die verschiedenen Teile der Graphen-Lieferkette mitteilen können, welche Art von Graphen sie benötigen.

Darüber hinaus haben wir jetzt einen Good-Practice-Leitfaden mit dem Titel Charakterisierung der Struktur von Graphen in Zusammenarbeit mit dem National Graphene Institute der University of Manchester herausgegeben, der die Grundlage für zukünftige ISO-Messstandards bilden wird (NPL, 2017). Auf diese Weise können Endbenutzer die Eigenschaften kommerziellen Graphens vergleichen, die auf dieselbe, zuverlässige und genaue Weise gemessen wurden.

Es ist zu hoffen, dass durch diese Arbeit bald mehr Graphen-fähige Produkte in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen auf den Markt kommen werden.


- Die Institution der Bauingenieure

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