最新多功能混凝土，既能导电又能快速加热|材料|水泥|混凝土|碳黑

一般的混凝土是不会导电的，自然是种绝缘材料，不过可因应不同需求与应用，添加不同的材料来达到不一样的效果。美国麻省理工便透过奈米碳黑（nanocarbon black），研发出可导电并发热的多功能混凝土，可应用在室内加温，创造新的材料革命。

过去十几年来，奈米碳材料得益于优秀的电导率应用激增，科学家与工程师们藉此开发出许多特殊複合材料，并用在生医、催化剂、电化学等领域，除此之外，也有提出添入水泥或混凝土中，赋予常见建材不同的功能。

这次美国麻省理工混凝土永续中心（Concrete Sustainability Hub，CSHub）与法国国家科学研究中心（CNRS）携手合作，选用较为便宜的奈米碳黑（nanocarbon black）材料加工混凝土一番，博士后兼论文主要作者 Nancy Soliman 表示，想当然尔，混凝土是种绝缘材料，但添加奈米碳黑之后，可化身成导电材料。

在这项跨国研究中，团队还发现这款新型的奈米碳黑混凝土还有另一种功能，在混凝土加入 4% 的奈米碳黑后，测得渗透门槛现象（percolation threshold），电子能从材料的一端贯穿抵达另一端，同时也会出现焦耳加热现象，也就是电流通时震动导体内部原子、促使温升情形。

实验指出，即使是低至 5V 的电压，也可以将 5 立方公分材料的表面温度提高到摄氏 41 度，虽然以加热效果来说，还是标准的热水器优胜，但这项技术还有其他应用，共同作者 Nicolas Chanut 表示，这将是优良的地暖系统，通常地暖系统都是透过底下的热水管帮地板加温，当水泥除了地板还有加温功用后，不仅能一石二鸟，更何况奈米颗粒可以在水泥中均匀分布，加热更均匀。

除此之外也能用在道路除冰，可以省下大量的盐，跟省下运输大量盐的金钱与时间成本。

但实务上也没有那麽简单，如果没办法将奈米颗粒对准水泥中的功能电路（functioning circuit、体积接线 volumetric wiring）就没办法善加利用材料的电导性。团队在该研究引入全新的曲折率（tortuosity）概念，CSHub 教职顾问 Franz-Josef Ulm 表示，通常这个概念用于表示离子如何流动，如今我们用它来描述电子在体积接线的流动。

团队以两点之间的移动来说明曲折率概念，如果直线飞行短短几公里即可抵达，所需时间也更少，但若是走平面道路，实际行驶的距离将更长、所需时间也更久，团队指出，在水泥中流动的电子也是如此，总是要“走”比较远的路，而曲折率便是比直线路径更长的程度。

因此必须要平衡奈米碳黑的数量和扩散程度，如果过于分散，电子就得走更长的路，可若没有足够的碳，那麽曲折率也会太高而降低导电度，碳过于密集也会适得其反，Ulm 表示，团队透过微调碳的体积，曲折率已达 2，电子採用的路径仅为样品长度的两倍，这代表多功能水泥是可行的，也有机会量产。