На Земле катастрофически не хватает песка. Графен — хороший заменитель
Песка не хватает. И согласно анализам ученых нехватка песка становится все более острой. В связи с этим обострилась проблема нелегальной добычи песка, которая угрожает рекам и прибрежным зонам. Чем его заменить?
Графен вместо песка
Несмотря на то, что графен представляет собой слой атомов углерода толщиной всего в один атом, он имеет репутацию невероятно прочного материала. Поэтому неудивительно, что этот «чудо-материал» раньше добавляли в бетон, обычно для того, чтобы сделать его более прочным и долговечным. Но обычно добавляют совсем немного графена. Команда Университета Райса хотела бы полностью заменить песок.
Бетон состоит из трех основных ингредиентов: воды, заполнителя, такого как песок, и цемента, который связывает все это вместе. Песок является крупнейшим компонентом по объему, и, учитывая ненасытный аппетит современного человечества к бетону, добыча песка увеличивается. Этот процесс не только разрушителен, но и рискует исчерпать все доступные источники.
Исследование было проведено в лаборатории химика из Университета Райса Джеймса Тура, чья команда уже много лет производит графен, используя разработанную ими технику — так называемый импульсный нагрев. По сути, богатый углеродом базовый материал быстро перегревается под воздействием электричества, превращая его в графеновые хлопья. В данном случае базовым материалом был металлургический кокс, созданный из угля.
«Первые эксперименты, в которых металлургический кокс превращался в графен, привели к получению материала, который по размеру был похож на песок», — говорит Пол Адвинкула, ведущий автор исследования. — «Мы решили изучить возможность использования графена, полученного из металлургического кокса для полной замены песка в бетоне, и наши результаты показывают, что он будет работать очень хорошо».
Экономия песка — не единственное преимущество новой технологии. Полученный бетон был на 25% легче, чем бетон, изготовленный с обычным наполнителем, и продемонстрировал увеличение ударной вязкости на 32%, пиковой деформации на 33% и прочности на сжатие на 21%. Хотя с другой стороны, на 11% снизился модуль Юнга — показатель устойчивости материала к деформации при растяжении.
Хотя команда понимает, что графен в настоящее время слишком дорог, чтобы сделать этот метод коммерчески жизнеспособным в больших масштабах, это, по крайней мере, показывает, что существуют альтернативы, которыми можно было бы воспользоваться.
Гренландия спешит на помощь
На песке можно хорошо заработать и вполне легально. И этим собираются заняться жители Гренландии. Изменение климата приводит к иаянию ледникового щита и отложению огромного количества песка и гравия вдоль побережья Гренландии. Изобилие песка и гравия дает Гренландии возможность стать мировым экспортером заполнителей и отреагировать на растущий мировой спрос на эти ресурсы, способствуя процветанию страны. Вся надежда на Гренландию. И на графен.