„Właściwości elektryczne i piezorezystywne kompozytów cementowych z dodatkiem grafenu do zastosowań w monitoringu strukturalnym konstrukcji budowlanych” (2019/33/N/ST5/00832, konkurs PRELUDIUM 17)
Okres trwania projektu: 20-02-2020 – 19-02-2024
Przyznane środki: 139 700 PLN

Celem naukowym projektu pt.: „Właściwości elektryczne i piezorezystywne kompozytów cementowych z dodatkiem grafenu do zastosowania w monitoringu strukturalnym konstrukcji budowlanych” było stworzenie nowej generacji przewodzących, samo-monitorujących się kompozytów cementowych. Poprzez wzbogacenie kompozytów cementowych pochodnymi grafenu, tj. grafenem otrzymywanym poprzez elektrochemiczne rozwarstwianie grafitu oraz zredukowanym tlenkiem grafenu, opracowane zostały zupełnie nowe składy przewodzących kompozytów cementowych.

W badaniach skoncentrowano się na wykorzystaniu metody elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej, która pozwala nie tylko na zmierzenie właściwości elektrycznych próbek, ale daje nam również możliwość nadania im fizycznego znaczenia poprzez powiązanie ich ze zmieniającą się mikrostrukturą kompozytów cementowych. Na tej podstawie oznaczona została ilość grafenu niezbędna do utworzenia się w zaprawie cementowej przewodzących warstw złożonych z nanopłatków grafenu. Wyniki badań piezorezystywnych pozwoliły na opracowanie wstępnych zależności pomiędzy zmianami parametrów elektrycznych kompozytu, a działającym na niego obciążeniem, jego deformacją i zarysowaniem.

Wiedza zdobyta podczas realizacji projektu pozwala na szersze zrozumienie mechanizmów kształtujących właściwości elektryczne kompozytów cementowych z dodatkiem funkcjonalnych, przewodzących nanomateriałów. Opracowana metodologia badawcza oraz zaproponowane zastępcze obwody elektryczne mogą stać się ważnymi narzędziami służącymi do analizy zachowania się przewodzących kompozytów cementowych w warunkach zewnętrznego pola elektrycznego. Pozwalają one także na powiązanie właściwości elektrycznych z mikrostrukturą kompozytów.

Publikacje:

[1] M. Safuta, C. Valentini, A. Ciesielski, P. Samorì. Tailoring Electrochemically Exfoliated Graphene Electroactive Pathways in Cementitious Composites for Structural Health Monitoring of Constructions. Status publikacji: złożona do wydawnictwa, 2024.

[2] M. Safuta, A. Ciesielski, P. Samorì. Controlling the Formation of Electroactive Graphene-Based Cementitious Composites: Towards Structural Health Monitoring of Civil Structures. Chemistry – A European Journal 2023, 29, 2023018.

[3] M. Krystek, D. Pakulski, M. Górski, L. Szojda, A. Ciesielski, P. Samorì. Electrochemically Exfoliated Graphene for High-Durability Cement Composites. ACS Applied Materials & Interfaces  2021, 13, 19, 23000-23010

[4] M. Krystek, A. Ciesielski, P. Samorì. Graphene-Based Cementitious Composites: Toward Next-Generation Construction Technologies. Advanced Functional Materials  2021, 31, 27, 2101887