Materiales del futuro: Grafeno y hormigón

La industria de la construcción está creciendo debido al aumento de la población y la rápida urbanización. Sin embargo, también enfrenta importantes obstáculos para reducir su huella de carbono, especialmente la huella vinculada a los productos a base de cemento. Cuando se fabrica cemento, que se utiliza para unir hormigón y mortero tradicionales, la piedra caliza y otros materiales se calientan a unos 1.480 grados centígrados. Este proceso da como resultado la liberación de grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera. Si la industria de la construcción fuera un país, ocuparía el tercer lugar en emisiones, después de EE. UU. y China.

Al integrar el grafeno en el concreto, los ingenieros y arquitectos pueden crear estructuras que requieren menos material y al mismo tiempo lograr el mismo rendimiento estructural que el concreto tradicional. El hormigón mejorado con grafeno es 2,5 veces más fuerte y 4 veces menos permeable al agua que el hormigón estándar. Utiliza mucho menos cemento para brindar la resistencia deseada. Como resultado, se espera reducir las emisiones de CO2 en un 30%.

En marzo de 2022, el socio insignia de Graphene, Versarien, presentó la primera construcción impresa en 3D del mundo con una mezcla mejorada con grafeno, registrada como Cementene™. Luego, en septiembre de 2022, la compañía presentó una obra de arte con bajas emisiones de carbono, Island Steps, creada en colaboración con el diseñador Steuart Padwick y presentada en Design London.

Los Island Steps se construyeron sin el uso de cemento. En su lugar, se utilizó Cementene™ para mejorar la resistencia y la durabilidad del mortero utilizado en la construcción. Esto ha resultado en una estructura robusta y hueca que puede construirse convenientemente dentro o fuera del sitio y luego transportarse a su ubicación prevista.

Más allá de la fuerza, los investigadores intentan aprovechar la conductividad del grafeno para crear paredes, papeles pintados y pisos calentados sin cables. En 2019, el productor de cemento Italcementi exhibió una maqueta de piso multicapa en el Mobile World Congress 2019 en Barcelona, ​​España. Incluyó una capa de compuesto de grafeno-cemento junto con un contrapiso, aislamiento de poliestireno, una losa de hormigón, mortero de cama y baldosas de cerámica.

El hormigón inteligente podría marcar el comienzo de una nueva generación de edificios inteligentes. Gracias a la conductividad y las propiedades térmicas del grafeno, es posible implementar sensores inteligentes en superficies enteras para monitorear en tiempo real el estrés, las deformaciones, la temperatura y la humedad en la infraestructura civil, proporcionando señales de advertencia si la integridad estructural está cerca de fallar.

La conductividad térmica y eléctrica del hormigón de grafeno inspira otras aplicaciones potenciales. Puede ayudar a descongelar las pistas, los techos y las carreteras de los aeropuertos, conducir a una carga inalámbrica más rentable de vehículos eléctricos, pisos antiestáticos y protección contra interferencias electromagnéticas (EMI).

Los aditivos de grafeno son rellenos importantes que aumentan la resistencia al desgaste, la calidad térmica, la capacidad para resistir el agrietamiento y la conductividad de las matrices cerámicas.

El Graphene Flagship Partnering Project CERANEA, financiado a través de FLAG-ERA Joint Transnational Call 2017, exploró las propiedades de los materiales hechos de pilas que contienen grafeno, nitruro de boro hexagonal (hBN) u otros materiales en capas, así como cerámicas, como nitruro de silicio, silicio carburo y zirconio. Estos materiales son más resistentes que las cerámicas actuales contra daños causados ​​por arcos eléctricos, por lo que pueden usarse como recubrimientos de larga duración para contactos e interruptores.

Además, los composites con grafeno, nitruro de silicio o nitruro de silicio-zirconio se están estudiando como nuevos implantes biomédicos en ortopedia. Las cantidades variables de grafeno en el compuesto de cerámica y grafeno dan como resultado una porosidad diferente que imita la morfología natural del hueso natural.

Referencias:

Roller disco vs cambio climático: cómo el grafeno está transformando la industria de la construcción https://www.manchester.ac.uk/discover/news/roller-disco-vs-climate-change--how-graphene-is-transforming-the- industria de construccion/

Libro blanco de Versarien "Grafeno para el sector de la construcción" 2021 https://www.versarien.com/files/5716/3050/8952/White_Paper_-_Graphene_for_the_construction_sector_-_final_version.pdf

Detalle de Island Steps impresos en 3D, construidos con el producto de marca registrada de Versarien, Cementene.

Maqueta de piso multicapa del Mobile World Congress de Italcementi que muestra su grafeno eléctricamente conductor.

Redactor científico y coordinador de la iniciativa 'Diversity in Graphene'.

Detalle de Island Steps impresos en 3D, construidos con el producto de marca registrada de Versarien, Cementene.

Maqueta de piso multicapa del Mobile World Congress de Italcementi que muestra su grafeno eléctricamente conductor.

Redactor científico y coordinador de la iniciativa 'Diversity in Graphene'.