混凝土非常有用，这就是为什么它是世界上使用最广泛的建筑材料的原因。但是可以说，它实际上并没有做任何事情。现在，工程师们通过掺入纳米碳黑来制造可以导电并产生热量的混凝土。
通常，混凝土是绝缘体，是抗电的，但是最近的研究集中在使其导电。向混合物中添加某种形式的碳通常可以解决问题，过去的版本正在自动融雪的机场跑道上进行测试。
对于这项新研究，麻省理工学院混凝土可持续发展中心（CSHub）和法国国家科学研究中心（CNRS）的研究人员向混凝土中添加了纳米碳黑，这是一种廉价的碳材料，具有出色的导电性。仅占体积的百分之四，混凝土就能够承载电流-结果，它也散发出热量。
使电流流过导电混凝土会使其升温
该研究的合著者尼古拉斯·尚努特（Nicolas Chanut）说："焦耳加热（或电阻加热）是由导体中移动的电子与原子之间的相互作用引起的。" "电场中的加速电子每次与原子碰撞时都会交换动能，从而引起晶格中原子的振动，这表现为热量和材料中温度的升高。"
新型导电混凝土是通过混入少量纳米碳黑制成的
该论文的主要作者，麻省理工学院CSHub博士后南希·索利曼（Nancy Soliman）认为，这项研究有可能为一种已经很流行的建筑材料增加一个全新的维度。
她解释说："这是导电胶的一阶模型。" "而且它将带来鼓励扩大此类[多功能]材料所需的[知识]。"
从纳米级到最新技术
在过去的几十年中，纳米碳材料因其独特的性能组合（其中最主要的是导电性）而激增。以前，科学家和工程师已经提出了一种材料的开发，如果将其掺入水泥和混凝土中，它们可以赋予水泥和混凝土导电性。
对于这项新工作，Soliman希望确保他们选择的纳米碳材料价格合理，足以大规模生产。她和她的同事们选择了纳米碳黑-一种具有出色电导率的廉价碳材料。他们发现他们对电导率的预测得到了证实。
索利曼说："混凝土自然是一种绝缘材料，但是当我们添加纳米碳黑颗粒时，它会从绝缘体变成导电材料。"
通过将纳米炭黑的混合量仅占混合物的4％，Soliman和她的同事发现它们可以达到渗滤阈值，即样品可以承受电流的点。
他们注意到，这股电流也有一个有趣的结果：它可能产生热量。这是由于所谓的焦耳效应。
论文的合著者，麻省理工学院CSHub博士后Nicolas Chanut解释说："焦耳加热（或电阻加热）是由导体中移动的电子与原子之间的相互作用引起的。"电场中的加速电子每次与原子碰撞时都会交换动能，从而引起晶格中原子的振动，这表现为热量和材料中温度的升高。"
在他们的实验中，他们发现即使是很小的电压（低至5伏）也可以将其样品的表面温度（大小约为5 cm 3）提高到41摄氏度（约100华氏度）。虽然标准热水器可能达到可比较的温度，但与传统的加热策略相比，考虑这种材料的实现方式非常重要。
"该技术可能是辐射室内地板采暖的理想选择，" Chanut解释道。通常，室内辐射采暖是通过使热水在地板下运行的管道中循环来完成的。但是，该系统的构建和维护可能具有挑战性。但是，当水泥本身成为加热元件时，加热系统将变得更易于安装且更可靠。此外，由于纳米粒子在材料中的良好分散，水泥提供了更均匀的热分布。"
纳米碳水泥在户外也可以有多种应用。Chanut和Soliman认为，如果在混凝土路面上使用，纳米碳水泥可以减轻耐久性，可持续性和安全性问题。这些问题大部分来自使用盐来除冰。
"在北美，我们看到很多雪。要清除道路上的积雪，需要使用除冰盐，这可能会损坏混凝土并污染地下水。" 用于加盐道路的重型卡车也很重，而且运行成本高。
通过在路面上辐射加热，纳米碳水泥可用于在不增加道路盐分的情况下为路面除冰，潜在地节省了数百万美元的维修和运营成本，同时消除了对安全和环境的担忧。在某些情况下，保持特殊的路面状况至关重要（例如机场跑道），该技术可能会证明是特别有利的。
这项研究发表在" Physical Review Materials."杂志上。
