石墨烯:智慧城市的基石

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先进材料的创新提供了颠覆性潜力,可改变我们建造未来城市的方式,并使它们更绿色,更智能。

建筑业与所谓的基础工业相关联,基础工业涵盖水泥玻璃,陶瓷,金属,造纸和散装化学品等领域,这些行业每年总计生产2800万吨的材料,占英国总CO的10%2排放。

如果我们考虑《气候变化法案》(2008年)和英国政府的呼吁,即到2050年将碳排放量减少到1990年的水平以下80%,那么显然,该部门显然是采用新方法的重点。新材料的创新将极大地帮助城市规划者,开发商和建筑商从基础开始构建零碳世界。

减少混凝土排放

一个明显的候选人是将石墨烯放入混凝土中。据国际事务研究所查塔姆·豪斯(Chatham House)称,水泥的全球生产量-将水泥粘合在一起的“胶水”-占世界CO 2产量的惊人比例达到了8%。

最近用石墨烯增强混凝土进行的实验确实很有希望。我的同事Adrian Nixon,《尼克松杂志》(致力于石墨烯和二维材料科学新闻的独立出版物)的编辑,对各种在混凝土中添加少量石墨烯和氧化石墨烯的研究进行了综述。Adrian的评论显示,仅添加0.03%的石墨烯粉,保守地将混凝土的强度提高了25%。

因此,考虑到水泥生产在全球CO 2排放中所占的比例,因此可以说,通过添加石墨烯使混凝土生产的效率提高25%,我们可以反过来在整个供应链中看到这种情况,并有可能实现全球CO 2水平降低了2%。这是一个令人兴奋的提议,而且可能需要长时间辩论,但要点是:通过在建筑材料(例如混凝土)中添加适量的石墨烯,我们可以预期会对环境产生变革性的影响。

智慧城市

改善建筑材料的可持续性的想法显然是我们应该引起高度重视的地方,但是另一个非常有趣的领域却可能被忽略了,那就是我们如何利用先进材料的优势来支持未来的智慧城市。

智慧城市被视为通过采用数字技术(例如,可以更好地集成和管理我们的公用事业和能源系统)使我们的城市环境更加高效和绿色的一种方式。

但是,如果其中的某些技术直接嵌入到建筑物和基础设施的材料中怎么办?石墨烯和更广泛的2D材料家族令人兴奋的事情,以及这些超薄层的无穷组合,以开发我统称为“石墨烯”的全新“设计材料”,是其非凡的多功能功能。这样的材料对于开发新一代智能基础设施将是理想的。

先进的道路网络

例如,位于曼彻斯特大学的旗舰级先进材料加速器石墨烯工程创新中心目前正在与负责英国大部分公路网的政府公司英国公路局和阿卡迪斯公司合作开展多个项目。全球领先的自然和建筑资产设计和咨询公司。

我们正在支持包括Arcadis和英国高速公路在内的合作伙伴,以应对围绕建筑和道路网络的挑战。例如,当需要将电路(通常是地下)应用于网络时,开发可嵌入公路结构本身并与公路同时铺设的技术的可行性(例如,作为公路交通不可或缺的一部分)结构。

这仍然可能是一个快速的“成败”类型的项目,并且需要进行很多新的思考-但是解决方案可以在沥青或表面标记(例如道路线)内。

道路本身可以给您的车充电吗?

但是,如果我们能够在构成城镇的所有基础设施和建筑物中使用这种多功能功能,该怎么办?它将改变连接性,并使我们构建环境的基本结构能够响应和直观地满足我们的日常需求。

因此,我们可以开始想象嵌入在我们道路网络中的充电点-每次电动汽车在交通信号灯处停车或停在停车位时,都可以就地充电。如果未来的车辆使用混合动力储能(即带有超级电容器单元的电池动力总成),那么当他们的驾驶员愉快地驶向城镇时,它们可能会迅速充电。当然,这些电池和超级电容器将采用新材料,与我们今天被迫使用的储能设备相比,它们可以更有效地工作。

传感器技术也可以取得类似的进步,这对于城市要实现智能化,高效化并最终实现绿色环保所需的连接级别至关重要。石墨烯和传感器是自然的组合,因为石墨烯的大体积比,独特的光学特性,出色的电导率和迁移率以及高导热率都可以极大地增强一系列传感器的功能。

石墨烯和先进材料在使我们的建筑物和基础设施不仅显着绿色环保而且更智能方面具有潜在的巨大作用。我们坚信,在迎接气候变化挑战并致力于“更好地重建”的过程中,我坚信我们需要更加紧迫地探索先进材料如何为令人兴奋的新未来提供基础。



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