Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Rice, Hoa Kỳ đã sử dụng graphene thay thế cát trong sản xuất bê tông, không chỉ tiết kiệm cát mà còn làm cho bê tông nhẹ, chắc và cứng hơn.
Graphene dù là tấm cacbon dày một nguyên tử, nhưng nổi tiếng về độ bền. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi vật liệu này trước đây đã được trộn vào bê tông, thường là để làm cho bê tông chắc và bền hơn. Tuy nhiên, graphene chỉ được bổ sung vào công thức bê tông, nhưng trong nghiên cứu này, các nhà khoa học Mỹ đã sử dụng graphene thay thế hoàn toàn cho cát.
Bê tông được tạo thành từ ba thành phần chính liên kết với nhau, gồm có nước, cốt liệu như cát và xi măng. Cát chiếm tỷ lệ cao nhất tính theo thể tích. Trong thời kỳ hiện đại, nhu cầu bê tông lớn nên việc khai thác cát ngày càng tăng có nguy cơ làm cạn kiệt tài nguyên.
Các nhà khoa học Mỹ đã chế tạo graphene trong nhiều năm bằng kỹ thuật gia nhiệt flash Joule. Về cơ bản, vật liệu này giàu cacbon sẽ nhanh chóng được làm nóng quá mức bằng một luồng điện, biến nó thành các mảnh graphene. Trong trường hợp này, vật liệu cơ bản là than cốc luyện kim, nguồn nhiên liệu được sản xuất từ than đá.
Theo Paul Advincula, tác giả chính của nghiên cứu, các thí nghiệm ban đầu chuyển đổi than cốc luyện kim thành graphene, đã cho ra đời vật liệu có kích thước tương tự như cát. Vật liệu này khi được sử dụng thay thế hoàn toàn cát trong bê tông, hoạt động rất hiệu quả. Bê tông thu được nhẹ hơn 25% so với bê tông được làm bằng cốt liệu thông thường và độ dẻo dai tăng 32%, biến dạng cực đại 33% và cường độ nén 21%. Mặt khác, mô đun Young (hay môđun đàn hồi) giảm 11%.
Mặc dù graphene hiện có giá thành quá đắt đỏ nên phương pháp này khó khả thi về mặt thương mại trên quy mô lớn, nhưng đây là sự lựa chọn thay thế mà các nhà khoa học có thể lựa chọn theo đuổi. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ACS Applied Materials.
