Архитектура

Сверхпрочный мир: Как графен изменит архитектуру и нашу жизнь

Суперпрочный и тонкий графен кажется фантастическим материалом будущего, но он меняет нашу жизнь уже сейчас. Графен добавляют в бетон, краску, текстиль, а планируют — даже в презервативы. С его помощью охлаждают процессоры в смартфонах, также недавно разработанные графеновые сенсоры предупреждают об испорченных продуктах в холодильнике. Bird in Flight рассказывает, как и зачем ученые и архитекторы используют чудо-свойства этого материала.

Что такое графен

История графена началась с обычного скотча. Банальную клейкую ленту физики Андрей Гейм и Константин Новоселов использовали в 2004 году, чтобы отделить от куска графита тончайшие — толщиной в атом — слои нового материала. Ничего подобного ученые раньше не видели: графен оказался гибким, прозрачным, необыкновенно прочным и, будто всего этого было мало, еще и исключительно хорошим проводником электричества и тепла.

Графен оказался гибким, прозрачным, необыкновенно прочным и хорошо проводящим электричество и тепло.

Шесть лет спустя Гейм и Новоселов получили Нобелевскую премию за открытие удивительных свойств графена, после чего весь мир буквально влюбился в чудо-материал. Один за другим стали появляться проекты, которые обещали совершить с помощью графена революцию в самых разных областях. Например, уже можно купить смартфоны, работающие на процессорах, которые охлаждаются графеном. На подходе топливные элементы из графена — они будут вырабатывать водород для зеленого транспорта.

Добавление нового материала в текстиль позволит создавать умную одежду, которая адаптируется к изменению температуры. Надоели испортившиеся продукты в холодильнике? Графеновые сенсоры предупредят об истекающем сроке хранения мяса и рыбы. Графен улучшит даже секс: благодаря добавлению его в латекс презервативы станут прочнее и тоньше.

Графен в текстиле позволит создавать умную одежду, а благодаря добавлению его в латекс презервативы станут прочнее и тоньше.

Перспективный материал

Графен в двести раз прочнее стали, поэтому ему находят применение и в строительстве. Так, если включить графен в состав стальных конструкций, они станут не только крепче, но и легче. А добавление графена в бетон делает получившийся композитный материал вдвое прочнее и в четыре раза повышает его водоустойчивость. По оценке ученых, разработка позволит сократить объем необходимых для производства бетона материалов почти на 50%, что приведет к экономии и снижению выбросов парниковых газов.

При этом бетон с графеном — уже не лабораторные эксперименты, его можно встретить в реальном мире. Компания Graphenano Smart Materials произвела графеновые панели для обшивки дома в Дубае — они отводят тепло лучше традиционных материалов. Кроме того, у нового материала повышается прочность: производитель уверяет, что срок службы зданий из «графенобетона» выше на 50%.

Компания GrapheneCA разработала свою версию графеновой добавки в бетон, которую использовали при строительстве экспоцентра в Мексике. Благодаря повышенным антикоррозийным свойствам материал будет особенно востребован в регионах с влажным климатом.

Главное препятствие на пути распространения графена — сложность его производства. Ученые постоянно придумывают новые способы удешевить и упростить выработку материала, поэтому появление графеновых зданий не за горами. Но пока этого не произошло, основная задача графена в строительстве — защищать различные конструкции от воды, химикатов и агрессивной окружающей среды.

Главное препятствие на пути распространения графена — сложность его производства.

graphene4
Процесс производства материалов с графеном. Фото: Alexandr Kryazhev / Sputnik / Sputnik via AFP
graphene-5
Процесс производства материалов с графеном. Фото: Alexandr Kryazhev / Sputnik / Sputnik via AFP

К примеру, когда керамическое покрытие здания оперного театра в Валенсии начало разрушаться через несколько лет после открытия, испанская компания Graphenano предложила использовать краску с добавлением графена, которая должна была укрепить фасад «на молекулярном уровне». Хотя тогда план не поддержали, идея использовать графен для улучшения свойств красок не умерла. Вскоре британская компания Graphenstone выпустила краску на основе извести с добавлением графена — благодаря его высокой теплопроводности владельцы помещений смогут экономить на отоплении и кондиционировании.

Графеновая революция в архитектуре

Графен в архитектуре будущего может стать намного больше чем просто строительным материалом. В перспективе он превратит каждое здание в небольшую электростанцию, которая будет вырабатывать электричество и делиться им с соседями.

Проект Hyrdra Skyscraper участвовал в конкурсе eVolo Skyscraper Competition еще в 2011 году — вскоре после того, как Гейм и Новоселов получили за графен свою Нобелевскую премию. Сербские архитекторы решили использовать сверхпроводящую способность нового материала по максимуму: согласно их задумке, графеновая оболочка шпиля должна собирать электрические разряды при ударах молнии, направляя их в аккумуляторы в основании башни. Кстати, благодаря графену электропроводку и даже информационные экраны можно будет наносить прямо на поверхность зданий, что радикально изменит облик городов.

международный конкурс на лучший проект в области высотной архитектуры

Проект Hyrdra Skyscraper. По задумке архитекторов (Milos Vlastic, Vuk Djordjevic, Ana Lazovic, Milica Stankovic), графеновая оболочка шпиля должна собирать электрические разряды при ударах молнии, направляя их в аккумуляторы в основании башни. Фото: eVolo

Еще один конкурсный проект — плавучий Graphene Skyscraper. Его автор предлагает использовать в качестве строительного материала морскую воду, закачивая ее в графеновые мембраны.

Графен даже способен улучшить экологию. Ученые разработали графеновый раствор, который поглощает оксид азота из воздуха, причем делает это на 70% эффективнее существующих методов. Обработанные таким составом здания помогут если не избавить города от вредных выбросов, то по крайней мере сделать воздух чище.

Графен даже способен улучшить экологию. Обработанные графеновым раствором здания делают воздух чище.

Создатели проекта Heal-Berg пошли еще дальше: они хотят построить небоскреб полностью из трехмерного графена, полученного путем выделения углерода из углекислого газа. Само здание тоже будет перерабатывать углекислоту, борясь таким образом с изменением климата. Для охлаждения небоскреба будут использовать морскую воду, а энергию авторы предлагают получать двумя способами — с помощью ветряных турбин и за счет разницы в солености воды.

Проект небоскреба Heal-Berg архитекторов Luca Beltrame, Saba Nabavi Tafreshi. Фото: eVolo

Пожалуй, самый футуристичный проект предполагает использование графена для создания космического лифта. Идея в том, чтобы соединить поверхность Земли с орбитальной станцией прочным тросом, по которому можно будет доставлять людей и грузы. Теоретически только графен обладает необходимыми свойствами, которые позволят реализовать смелую задумку. Так материал, который начался с куска графита и скотча, однажды сделает космические путешествия доступными для всех.

Новое и лучшее

5 027

666

213
333

Больше материалов