Энэхүү нийтлэл нь Science X-ийн редакторын процесс болон бодлогоор хянагдсан байна. Редакторууд нь агуулгын итгэлцлийг баталгаажуулахад олон шинж чанарыг онцлон тэмдэглэсэн байна:

Уул уурхайн оюуны хөрөнгө оруулалтаар бүтээсэн тропик шугамын минимал гадаргуу (TPMS) загварын 3D хэвлэгдсэн загвар. Зураг: Пенсильваны их сургууль

Эртний Египетийн аварга пирамидын шавар, солонго, гипсийн холимогуудаас эхлээд Ромын инженерүүдийн зочин барилгын материалууд болох Пантеон зэрэг бүтэцүүдэд хэрэглэгддэг усны доорхи материал хүртэл, бетон нь иргэншлийн тэсвэрлэлт, ухаалаг байдал гэж тэмдэглэгдсэн байна.

Гэсэн хэдий ч өнөөдөр бетон нь эерэг хэлбэртэй бэрхшээлтэй нүүр тулж байна: Нийгэмүүдийг хөгжүүлэх боломжийг олгосон материал нь дэлхийн дулааралд 9%-ийг хүртэл үүсгэдэг. Нүүрстөрөгчийн хүлэмжийн хий, өөрөө анхдагч түлшний хэрэглээтэй холбоотойгоор, хүн төрөлхтний өмнө нүүрстөрөгчийн шингээлт, байгаль орчинд тохирсон бүтээлийг хэрхэн бий болгох асуудал тулгараад байна. Энэ нь шинэ орон сууц, хурдны зам, гүүр болон бусад бүтцүүдийг барихыг хүссэн хүмүүст томоохон сорилт болж байна.

Одоо, Пенсильваны их сургуулийн дизайнерууд, материалаас судлаачид, инженерүүд хамтран 3D хэвлэлт, микроалганы чулуужсан архитектурыг хослуулан, биоминерал агуулсан бетоныг бүтээхээр ажиллаж байна. Энэхүү бетон нь гайхалтай хөнгөн боловч бүтэц сайтай бөгөөд уламжлалт холимогуудаас 142%-иар илүү CO₂ шингээх чадвартай бөгөөд стандарт компрессив хүчний шаардлагыг хангаж чадаж байна.

Энэхүү шинэ бетоны гол орц нь диатомит (DE) юм, энэ нь чулуужсан микроорганизмуудаас бүтсэн алдартай дүүргэгч материал юм. Судлаачид DE-ийн нарийн, пороз, спонж байдал нь 3D хэвлэгчийн шүршигчээр дамжуулан бетон нь тогтвортой байхдаа, мөн нүүрстөрөгчийн давхар исэл шингээхэд хангалттай боломжийг олгодог болохыг олж тогтоосон байна.

Эдгээр дүгнэлтүүд Advanced Functional Materials сэтгүүлд нийтлэгдсэн бөгөөд гүүр, өндөр барилгуудыг барихад шаардлагатай материалуудыг боловсруулах, усан экосистемийг сэргээх, мөн агаар дахь нүүрстөрөгчийг шингээлэхэд туслах шинэ боломжуудыг нээж байна.

“Ер нь, хэрвээ та гадаргуугийн талбайг эсвэл порозын хэмжээг ихэсгэвэл, бат бөх байдал буурдаг. Гэтэл энд үгүй; бүтэц нь цаг хугацаа өнгөрөхөд улам хүчтэй болж байна” гэж хамтран ахлах зохиогч Шу Янг, Техникийн болон хэрэглээний шинжлэх ухааны профессор болон Материал судлалын тэнхимийн дарга хэлэв.

Тэрээр, “Бид материалын геометри сайжирч, CO₂ шингээлтийн 30%-иар нэмэгдсэн” гэж онцолсон бөгөөд ердийн бетонтой харьцуулахад компрессив хүчийг хадгалж чадсан гэдгийг тайлбарласан байна. “Энэ бол бүх зүйл илүү сайн ажиллаж, илүү сайхан харагддаг нэг удаагийн тохиолдол байсан” гэж тэр хэлэв.

“Гэхдээ энэ нь зөвхөн гоо сайхны асуудал эсвэл масс бууруулах тухай биш байсан” гэж хамтран ахлах зохиогч Масуд Акбарзад хэлэв, “Энэ нь шинэ бүтэцийн логик нээх тухай байлаа. Бид материалыг 60%-иар бууруулж чадсан, мөн ачааллыг даах чадвартай байсан, ингэснээр их зүйлсийг бага зүйлээр хийх боломжтой байгааг харуулж байна.”

Янг бетонд өргөн цар хүрээтэй CO₂ шингээх шинж чанартай болгохын тулд материалыг ашиглахад боломж олдсон гэж үзэж байна. “Бид анх эхэлж байхдаа их зүйл мэдэхгүй байсан ч, бетонон материалаар хэрхэн ажилладаг гэдгийг ойлгох нь чухал байсан” гэж тэр хэлэв.

3D хэвлэлийн хэрэглээнд шилжихийн тулд Янг болон түүний баг диатомитын дотоод порын сүлжээг ашиглан нүүрстөрөгчийн давхар исэл шингээх аргачлалтай холбож, бетоныг илүү сайн шингээх боломжтой болгож байна.

Үүний дараа, Акбарзад болон түүний баг TPMS-ийг ашиглан бетон бүтэц боловсруулсан байна. TPMS нь математикийн нарийн төвөгтэй боловч байгалиас үүссэн бүтцүүд бөгөөд ялангуяа яс, корал, далайн одод зэрэгт олддог. Эдгээр “үнэмлэхүй” хэлбэрүүд нь гадаргуугийн талбайг ихсүүлж, массыг бууруулах чадвартай бөгөөд байгальд үүссэн хэлбэр, үйл ажиллагаа салшгүй холбоотой байдаг гэдгийг Акбарзад тайлбарласан.

Бид энэ материалыг хослуулан, CAD хөтөлбөр ашиглан 3D хэвлэхэд шаардлагатай хомсдол, буруу хэмжээг, шингэн хэмжээг тохируулан авч байсан.

Эдгээр загварууд нь 3D хэвлэгчийн шүршигчээр дамжуулан хэвлэхэд бэлэн болсон бөгөөд туршилтын явцад гүүрэн ачаалалд тэсвэртэй, нүүрстөрөгчийн шингээлтийн орчинд тэсвэртэй судалгааг хийсэн байна. Эдгээр хэвлэх хэсгүүд нь уламжлалт бетон блоктой харьцуулахад 68%-иар бага материал ашиглаж, 500%-иар илүү гадаргуугийн харьцаа олж авсан байна.

Ирээдүйд, баг нь бүтцийн элементүүдийг бүрэн хэмжээгээр хөгжүүлэх, архитектурын хэмжээнд боломжтойгоор барихыг зорьж байна. Тэд мөн дельфин болон бусад усан экосистемд зохицох бүтэцтэй, диатомит-TPMS бетон нь хиймэл аварга барьж, усны хөрсийг шингээж чадна гэдэгт найдаж байна.

Янгийн баг нь мөн диатомит бусад холбогч химийн бодисуудтай хэрхэн нийцэхийг судалж байна. “Бид энэ санааг цаашид хөгжүүлэхийг хүсэж байна. Бид цементийг бүрэн гаргаж авах боломжтой юу? Эсвэл хаягдлыг реактив компонентаар ашиглах боломжтой юу?” гэж тэр асууж байна.

“Бид бетонг статик байдлаас динамик байдлаар авч үзэж, орчны нөлөөллийг шингээх боломжтой гэж бодож эхэлсэн. Энэ нь бидэнд шинэ боломжийг нээх боломжийг олгож байна” гэж Янг хэлсэн.

Дэлгэрэнгүй мэдээлэл:

James Whitmore