مستقبل العمارة: هل يعتبر الجرافين مادة البناء الثورية التالية؟

تصفح مجلس وظائف Architizer وتقدم لشغل وظائف الهندسة المعمارية والتصميم في بعض أفضل الشركات في العالم. انقر هنا للتسجيل في النشرة الإخبارية للوظائف.

ما هو الجرافين؟ الجرافين عبارة عن طبقة واحدة من ذرات الكربون مرتبة في شبكة سداسية الشكل ، مما يجعلها أنحف مادة معروفة للإنسان. على الرغم من تركيبته الرقيقة ، فإن الجرافين قوي بشكل لا يصدق – أقوى بمئتي مرة وأخف 6 مرات من الفولاذ. تم عزل المادة لأول مرة من قبل الباحثين Andre Geim و Konstantin Novoselov من جامعة مانشستر في عام 2004 ، وحصلت المادة على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010 ، مما أدى إلى زيادة الاهتمام والاهتمام العالميين. الجرافين متين وقابل للطرق ، ويرى العلماء إمكانات معمارية واعدة في المادة الجديدة.

كما أن الجرافين عالي التوصيل كما أنه يتمتع بصفات فريدة من نوعها لامتصاص الضوء. عندما يتعلق الأمر بتوصيل الكهرباء ، فإن الجرافين ينافس النحاس ؛ عندما يتعلق الأمر بتوصيل الحرارة ، فإنه يتفوق على جميع المواد المعروفة الأخرى. في غضون ذلك ، الجرافين شبه شفافة ، مما يجعلها مادة مناسبة لمنتجات مثل أجهزة الشاشات التي تعمل باللمس ، وكذلك الألواح الضوئية والشمسية. عند خلطه بالبلاستيك ، يصبح الجرافين موصلًا قويًا للكهرباء ، مما يجعله منتجًا مفيدًا في صناعات الأقمار الصناعية والطيران والسيارات.

على الرغم من أنه لا يزال في المراحل الأولى من البحث والتطوير ، إلا أن هناك العديد من الشركات والمبادرات البحثية المكرسة بالفعل لفهم الاستخدامات المحتملة للجرافين. نظرًا لتركيبته الفريدة من نوعها ، يمكن استخدام الجرافين وتطبيقه بعدة طرق ، مما يجعله مادة جديرة بالاهتمام ومربحة للبحث والدراسة والتطوير تجاريًا. هذا صحيح بالتأكيد في صناعة العمارة والتشييد. هل سيكون لهذه المادة دور ثوري في عالم التصميم؟

خصائص الجرافين:

• الموصلية الحرارية والكهربائية
• مرنة وقابلة للطرق
• دائم للغاية
• القدرة على توليد الكهرباء من خلال التعرض لأشعة الشمس
• شفاف وخفيف الوزن
• مضاد للجراثيم و rمقاومة للإشعاع المؤين

الجرافين كمادة مضافة ملموسة

في عام 2018 ، وجد باحثون في جامعة إكستر أن دمج الجرافين في الخرسانة يمكن أن ينتج مركبًا خرسانيًا متينًا ومقاومًا للماء. يقترح الباحثون في الجامعة أن هذه المادة المركبة أقوى مرتين وأربع مرات أكثر مقاومة للماء من أي خرسانة موجودة. من خلال تقنية هندسة النانو الجديدة ، علق الباحثون الجرافين الرقيق في الماء ، والذي أنتج مركبًا خرسانيًا شديد المقاومة وقابل للاستخدام. بالنظر إلى أن الخرسانة تطلق مستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، فإن هذه المادة المركبة الجديدة ربما تعد ببديل أكثر خضرة للخرسانة التقليدية.

تم إجراء البحث وفقًا للمعايير البريطانية والأوروبية للبناء ، مما يضمن مادة آمنة للمهندسين المعماريين للبناء بها. علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون خصائص مقاومة الماء للجرافين مفيدة أيضًا للمواقع التي يصعب الوصول إليها وصيانتها بشكل صحيح – مما يجعل هذا المركب الخرساني ليس دائمًا فقط ولكنه عملي. من الممكن أن تكون المركبات المعززة بالجرافين هي المستقبل.

معهد الجرافين الوطني من Jestico + Whiles ، مانشستر المملكة المتحدة. © هفتون + كرو فوتوغرافي

المدن الذكية

اقترح البعض أن الجرافين يمكنه بسهولة زيادة ذكاء المبنى. يشرح المهندس المعماري Chenthur Raaghav Naagendran بحثه في حديث TEDx في فيينا ، حيث يستكشف إمكانيات تطبيق الجرافين كجلد مرن للهندسة المعمارية. يقترح أنه يمكن استخدام الجرافين لجعل العمارة تفاعلية وذكية وقابلة للتكيف. يقترح بحث Chenthur أنه يمكن استخدام الجرافين لتحل محل مواد البناء والأسلاك التقليدية لإنشاء هياكل ذكية تستجيب للتهديدات المجتمعية ، مثل الاحتباس الحراري. في الأساس ، يمكن للجرافين تحويل الهياكل الثابتة إلى عوامل سريعة الاستجابة.

الجرافين في الطلاء

في عام 2017 ، أصدرت الشركة المصنعة للطلاء Graphenstone طلاءًا من الجير مملوءًا بالجرافين. دهان Limewash موجود منذ قرون وقد تم تبجيله لخصائصه القابلة للتنفس ومقاومة البكتيريا وامتصاص الروائح ومضاد للحساسية. قامت الشركة بدمج الجرافين في الطلاء الشهير الذي يعتمد على الجير لإنشاء منتج منظم للحرارة. لمقاومة الحرارة من الإشعاع عبر الجدران ، يساعد الجرافين الموجود في الطلاء في التقاط الحرارة وبالتالي تحسين عزل الغرفة. إن مكياج الجرافين الرفيع وخصائصه المتينة تعني أن هناك حاجة إلى طلاء أقل لتحقيق مقاومة للتآكل ومقاومة للتآكل.

معهد الجرافين الوطني من Jestico + Whiles ، مانشستر المملكة المتحدة. © هفتون + كرو فوتوغرافي

ملخص

لا يزال فهم الدور الذي يمكن أن يلعبه الجرافين في مجال الهندسة المعمارية والبناء في المراحل الأولى من البحث. ومع ذلك ، هناك مفاهيم واعدة ومواد موجودة في الجرافين قيد التطوير اليوم. وبالمثل ، هناك عدد لا يحصى من المبادرات والمؤسسات البحثية المخصصة لتسويق الجرافين. على سبيل المثال ، معهد الجرافين الوطني بجامعة مانشستر ، الذي صممته شركة الهندسة المعمارية Jestico + Whiles ، هو مركز أبحاث رائد عالميًا مخصص لبحث وتطوير الجرافين. يقع هذا المعهد في نفس المؤسسة التي تم فيها عزل المواد لأول مرة ، ويوضح هذا المعهد التزام المملكة المتحدة بالبقاء في طليعة تسويق الجرافين.

على الرغم من أنه لا تزال هناك عوامل تقف في طريق تسويق الجرافين – مثل التكلفة والحفاظ على الجودة أثناء الإنتاج على نطاق واسع – يمكن أن يؤدي الجرافين إلى إنشاءات أكثر متانة وتنظيمًا حراريًا في المستقبل ولا ينبغي إغفالها.

تصفح مجلس وظائف Architizer وتقدم لشغل وظائف الهندسة المعمارية والتصميم في بعض أفضل الشركات في العالم. انقر هنا للتسجيل في النشرة الإخبارية للوظائف.