Wil Srubar juures Elusmaterjalide labor . Krediit: Colorado ülikool, BoulderJärgmine kord, kui kõnnite betoontänaval, vaadake jalge alla. Pinnal võib näha kriitvalgeid, murenenud servi või pisikesi kraatreid. Kahjustused on sageli tingitud betooni külmumisest ja sulamisest, kus külmunud vee paisumine tekitab materjali sees survet.
'Kui sellel rõhul pole kohta, kuhu minna, hüppab see betooni pinnalt maha,' ütleb Wil Srubar , assistent ja materjaliinsener Colorado ülikoolis Boulderis, linnas, kus hoonetel ja tänavatel on tavaliselt külmumis-sulamiskahjustusi.
'Me tõesti kratsisime pead ja mõtlesime: 'Huvitav, kuidas loodus külmakraadidega toime tuleb?' Srubar räägib Science Friday eetris antud intervjuus . Selline küsimus on paljude tema laboris tehtud uuringute aluseks. Srubar ja tema meeskond otsivad looduse lahendusi staatilistele hoonetele ja arhitektuurile elu lisamiseks.
Sees hiljutine uuring , Srubar ja tema meeskond kasutasid betooni külmumis-sulamiskahjustuste kõrvaldamiseks looduse meetodeid külmumistemperatuuride käsitlemiseks. Praegu süstib betoonitööstus segusse pisikesi õhumulle, mis aitavad survet leevendada. Kuid on ka puudusi, selgitab Srubar. Õhutaskud vähendavad tugevust ja vastupidavust. Need toimivad ka nagu 'supermaanteed', mis kannavad vett ja ioone, näiteks kloriide, läbi betooni, mis põhjustab korrosiooni.
Need pildid näitavad, kuidas külmumisvastaste polümeeride lisamine lahusesse võib muuta kasvava jääkristalli kuju. Tavalised jääkristallid kasvavad sfäärilise kujuga, külmumisvastaste polümeeridega lahuses moodustuvad jääkristallid aga kuusnurki. Krediit: Colorado ülikool, BoulderSelle asemel otsis Srubar antifriisi valke. Neid väikeseid molekule leidub teatud kalades, bakterites, putukates ja taimedes ning need aitavad neil elada äärmiselt külmas keskkonnas. Nad seostuvad jääkristallidega organismi sees, takistades neil tahkeks külmuda. Kuid keerukalt volditud valgud ei segune hästi betooni kõrge pH tingimustega, selgitab Srubar. 'Neile meeldib tõeliselt kõrge pH juures lahti rulluda ja isegi laguneda.'
Meeskond otsis teisi stabiilsemaid molekule, mis võivad jäljendada antifriisi omadusi, ja kasutas sünteetilist biomimeetilist polümeeri, mis toimib sarnaselt želatiiniga, mis muudab jäätise siledaks. Nad kandsid selle tahkele keraamikale, nagu betoonile, ja leidsid, et polümeer aitas peatada külmumis-sulamiskahjustused.
Krediit: Colorado ülikool, BoulderTexase osariigis Houstonist väljaspool asuvas farmis üles kasvanud Srubar oli linnakülastustel alati lummatud betooni arhitektuurilistest saavutustest. Kui ta hakkas täiskasvanuna linnades elama, hakkas ta rohkem mõtlema loodusmaailma aspektide kombineerimisele fikseeritud materjalidega, et luua jätkusuutlikke valikuid.
„Võtke New Yorgi Central Park, kus on kindel joon selle kohta, mis on loomulik ja mis on inimlik. Hakkasin selle paradigma tõesti kahtlema, ”ütleb ta. 'Ma tahan olla katsealus erinevate materjalide jaoks, mida tahaksin ehitustööstuses näha.'
Avastage rohkem fotosid elavatest ehitusmaterjalidest – alates läbipaistvast puidust kuni bakteritega infundeeritud regenereerivate tellinguteni.
Tsemendipasta proovide ristlõike kujutised pärast külmutamise-sulatamise tsüklit. Vasakul on tsemendipasta ilma külmumisvastase polümeerita. Parempoolne pilt näitab, kuidas õiget tüüpi ja kogus antifriisi polümeeri ei põhjustanud pärast külmutamise-sulatamise tsüklit pragunemist ega kahjustusi. Krediit: Colorado ülikool, Boulder
Sellel pildil on näha, kuidas biomimeetilise antifriispolümeeriga betoonidel pärast külmutamist-sulatamist pole märke lõhenemisest ega ketendusest. Vaadake rohkem elavaid ehitusmaterjale teadusreede artiklist. Krediit: Colorado ülikool, Boulder
Siin näete, kuidas jääkristallid, mis seostuvad polümeeri molekulidega, kogevad jää dünaamilist vormimist, muutudes sfäärist ümaraks kuusnurgaks Krediit: Colorado ülikool, Boulder
Läbipaistva puidu valmistamise protsess sarnaneb paljuski paberi valmistamisega, ütleb Srubar. Labor eemaldab keemiliselt oksüdatsiooniprotsessi kaudu puidust kogu pruuni ligniini. Kui neil on valged tellingud, täidavad nad poorse struktuuri polümeervaiguga, millel on tselluloosi murdumisnäitaja, mis läbib valgust. 'Oleme selle üle väga põnevil, sest võite hakata ette kujutama rakendusi, nagu valgustid hoonetes või isegi osad või aknad või päikesevarjud,' ütleb Srubar. Läbipaistval puidul on 'palju väiksem tootmisenergia kui näiteks klaasi valmistamisel liiva sulamisest'. Täispikka uuringut saate lugeda ajakiri Materjalid . Krediit: Colorado ülikool, Boulder
Jaanuaris avaldas labor töö tsüanobakteritega valmistatud biomineraliseeritud hüdrogeel-liiva karkasside kohta. Srubari meeskond kasutas baktereid karkassi 'karastamiseks'. Krediit: Colorado ülikool, Boulder
Biokeemia järeldoktor Juliana Artier töötab fotosünteetiliste tsüanobakterite kultuuridega, mida meeskond kombineerib liiva ja hüdrogeeliga. Krediit: Colorado ülikool, Boulder
Kui bakterid segus kasvasid, tekitas see pisikesi mineraale. 'Need biomineraalid toimivad omamoodi tsemendikomponendina, ' selgitab Srubar. Siin kasvatatakse väikeseid proove vormides. Krediit: Colorado ülikool, Boulder
Laboris oli võimalik kasvatada kolm põlvkonda materjali ühe vanema põhjal. 'Me näitasime, et suudame hoida baktereid elus ja võimaldada materjalil endal taastuda, ' ütleb Srubar. Srubar ja materjaliteadus ja inseneriteadus Ph.D. üliõpilane Sarah Williams uurib mõnda tellist – see on vaid üks paljudest säästva elukeskkonna materjalidest, mida Srubari labor arendab edasi. Lugege jaanuari lehte ajakiri Matter . Krediit: Colorado ülikool, Boulder
Anneta teadusele reedel
Investeerige kvaliteetsesse teadusajakirjandusse, tehes teadusreede annetuse.