Τίτλος Έργου: «Ιεραρχικά πολύ-λειτουργικά Σύνθετα Υλικά με βάση το Tσιμέντο με έλεγχο υγιούς λειτουργίας και συγκομιδή θερμοηλεκτρικής ενέργειας για έξυπνες και ασφαλείς δομικές κατασκευές»

Αγγλικά: Hierarchical multi-functional cement composite materials with optimal structural properties, inherent health monitoring and thermoelectric energy generation for smart & safe structures”

ΑΚΡΩΝΥΜΙΟ ΠΡΟΤΑΣΗΣ: HICOTEG

hicoteg logo final smΤο HICOTEG είναι ένα έργο διάρκειας 36 μηνών που θα αναπτύξει μια πρωτοποριακή τεχνολογία εξοικονόμησης & συγκομιδής ενέργειας μέσω του θερμοηλεκτρικού (ΘΗ) φαινόμενου από Σύνθετα Υλικά με βάση το Τσιμέντο (ΣΥΤ) για πολυλειτουργικές, έξυπνες και ασφαλέστερες κατασκευές πολιτικού μηχανικού.

Στο HICOTEG, θα αναπτυχθούν τα παρακάτω:

  • Ενισχυτικές Ίνες Άνθρακα ως δεσμίδες (carbon fiber yarns) με υψηλό συντελεστή Seebeck (>50mV/K για p- και <-40 για n-προσμίξεις).
  • ΣΥΤ με νανοπροσμίξεις (κυρίως νανοσωλήνες άνθρακα-ΝΣΑ) και κοντές δεσμίδες ινών άνθρακα με λειτουργίες συγκομιδής ΘΗ ενέργειας καθώς και ικανότητας μεταβολής της αντίστασης (ΔR/R0%) υπό α) παραμόρφωση ως δείκτη υγιούς δομικής ακεραιότητας, και β) μέσω φωτοηλεκτρικής διέγερσης με υπεριώδη (UV) ακτινοβολία για ανίχνευση ρωγμών σε κατασκευές τσιμέντου.
  • Επίδειξη (demonstrator) αυτο-τροφοδούμενου Ελέγχου Υγιούς λειτουργίας σε κτήρια μέσω συγκομιδής ΘΗ ενέργειας.

Για τις παραπάνω δράσεις, αρχικά ενισχυτικές ίνες άνθρακα κλίμακας μικρομέτρου σε μορφή δεσμίδων θα επιστρωθούν με νανοδομές άνθρακα και ανόργανων νανοσωματιδίων (CNTs, Graphene, Bi2Te3, κλπ) που θα τους προσδώσουν ΘΗ ιδιότητες. Η επικάλυψη θα γίνει με φιλικές προς το περιβάλλον μεθόδους επίστρωσης σε ειδικά σχεδιασμένη γραμμή τύλιξης –αντιτύλιξης (Roll-to-RollR2R) από το ΠΙ. Οι “ιεραρχικές” ινώδεις δομές θα έχουν ΘΗ ιδιότητες & ικανότητες αισθητήρα για αυτό-διάγνωση ιδιοτήτων του τσιμέντου (μεταβολής της αντίστασης υπό παραμόρφωση ως δείκτη δομικής ακεραιότητας και μέσω φωτοηλεκτρικής διέγερσης με υπεριώδη- UV ακτινοβολία για ανίχνευση ρωγμών).

Στην συνέχεια θα κατασκευαστούν Νανοενισχυμένα Ινοπλισμένα Σύνθετα με βάση το Τσιμέντο (ΝΑΝΟ-ΙΣΤ) από τον εταίρο ΔΠΘ τα οποία θα αξιολογηθούν για τη ΘΗ τους απόδοση με στόχο την επίτευξη βελτιωμένων επιδόσεων σε σχέση με υπάρχοντα σύνθετα, γραφιτικά και άλλα οργανικά υλικά. [1], [2], [3], [4], [5] Επίσης θα εξεταστεί ηλεκτρομηχανική τους απόκριση τους σε τάση-παραμόρφωση & υποβάθμιση μέσω της σχετικής μεταβολής της ηλεκτρικής τους αντίστασης (ΔR/R0%). Τέλος, θα ακολουθήσει η κατασκευή δομικών στοιχείων με ΘΗ ιδιότητες και πιθανή μελέτη για αυτοτροφοδοτούμενο & αυτόνομο έλεγχο της υγιούς τους λειτουργίας. Ο τελικός στόχος είναι με το τέλος του προγράμματος να προκύψει ένα ολοκληρωμένο σύστημα επίδειξης που θα τροφοδοτεί εγγενείς λειτουργικότητες για τον έλεγχο υγιούς λειτουργίας, όπως παρακολούθηση παραμόρφωσης, και ανίχνευση ρωγμών μέσω φωτοηλεκτρικής διέγερσης με υπεριώδη ακτινοβολία.

Το έξυπνο ΝΑΝΟ-ΙΣΤ θα ενισχύσει την ασφάλεια των κτηρίων και θα μειώσει τα λειτουργικά κόστη κατά τη λειτουργική ζωή της κατασκευής για τον έλεγχο της υγιούς λειτουργίας μέσω της συγκομιδής θερμικής ενέργειας.

Η βασική ιδέα του HICOTEG παρουσιάζεται σχηματικά στην παρακάτω εικόνα, όπου παρουσιάζεται ένα ΣΥΤ το οποίο καθώς εκτίθεται σε κάποια διαφορά θερμοκρασίας, παράγει ΘΗ ενέργεια την οποία χρησιμοποιεί για τον έλεγχο της δομικής του ακεραιότητας.

hicoteg idea

 

 

[1] Du Y, Cai K, Chen S, Wang H, Shen SZ, Donelson R, et al. Scientific Reports. 2015;5:6411.

[2] Nonoguchi Y, Ohashi K, Kanazawa R, Ashiba K, Hata K, Nakagawa T, et al. Scientific Reports. 2013;3:3344.

[3] Tzounis L., Liebscher M., Tzounis A., Petinakis E., Paipetis A.S., Mäder E, Stamm M. RSC Advances. 2016,6, 55514-55525

[4] Han S, Chung DDL. Carbon. 2013;52:30-9.

[5] Tsukamoto J, Takahashi A, Tani T, Ishiguro T. Carbon. 1989;27(6):919-23.