經濟環保又能發電，新一代自我感測超材料混凝土登場

新一代的混凝土會不會有更強大的功能？除了更堅固、更環保，還有更「特別」的優勢才能拉大差異，現在美國科學家研發出可以導電，能植入智慧設備的下一代混凝土。

美國匹茲堡大學土木與環境工程助理教 Amir Alavi 表示，現代基礎設施大量使用混凝土，代表急需開發新一代的材料，且不僅要讓材料更有成本效益、更環保，還需要有更先進的功能，而團隊相信能透過將超材料（metamaterial）引入到建築材料，實現此目標。

該團隊先前已經開發出新型材料自我感知超材料（self-aware metamaterials），其身兼感測介質又是奈米發電機，有望改變多功能材料應用，而團隊現在把超材料應用在混凝土中。

團隊指出，材料可以根據不同用途特別設計，材料製造過程中都可以微調脆性、柔韌性和可塑性等屬性，因此建商能夠在不犧牲混凝土強度或壽命的情況下，使用更少的材料。Alavi 表示，計畫已經展示第一種具有超強壓縮性和能量收集能力的複合超材料混凝土，這種輕質且機械可調的混凝土系統，能應用在各種情景，好比機場的減震、防撞工程材料。

不僅如此，這種材料還能發電，雖說發電量不足以向電網供電，但訊號足以為路邊感測器供電。超材料混凝土在機械觸發下自行產生的訊號，也可用於監測混凝土結構內部的損壞或監測地震，同時減少地震對建築物的影響。

超材料由嵌入導電水泥基質中的增強拉脹（reinforced auxetic polymer ）聚合物晶格組成，只要機械觸發，每層之間的複合結構就會引起接觸帶電。團隊也用石墨粉增強導電膠並當作電極，實驗研究顯示，材料在循環載荷下最多可壓縮 15%，並產生 330 μW 功率。

團隊也指出，這種混凝土智慧結構甚至可以為道路中的晶片供電，未來自動駕駛車輛在 GPS 訊號太弱、雷射雷達沒有運作的時候，還能繼續行駛。

未來這個超材料混凝土也會透過匹茲堡大學 IRISE 聯盟與賓夕法尼亞交通部（PennDOT），應用在賓夕法尼亞的道路上。