既能導電又能加熱，麻省理工多功能混凝土 5 分鐘加熱 40 度

一般的混凝土是不會導電的，自然是種絕緣材料，不過可因應不同需求與應用，添加不同的材料來達到不一樣的效果。美國麻省理工便透過奈米碳黑（nanocarbon black），研發出可導電並發熱的多功能混凝土，可應用在室內加溫，創造新的材料革命。

過去十幾年來，奈米碳材料得益於優秀的電導率應用激增，科學家與工程師們藉此開發出許多特殊複合材料，並用在生醫、催化劑、電化學等領域，除此之外，也有提出添入水泥或混凝土中，賦予常見建材不同的功能。

這次美國麻省理工混凝土永續中心（Concrete Sustainability Hub，CSHub）與法國國家科學研究中心（CNRS）攜手合作，選用較為便宜的奈米碳黑（nanocarbon black）材料加工混凝土一番，博士後兼論文主要作者 Nancy Soliman 表示，想當然爾，混凝土是種絕緣材料，但添加奈米碳黑之後，可化身成導電材料。

在這項跨國研究中，團隊還發現這款新型的奈米碳黑混凝土還有另一種功能，在混凝土加入 4% 的奈米碳黑後，測得滲透門檻現象（percolation threshold），電子能從材料的一端貫穿抵達另一端，同時也會出現焦耳加熱現象，也就是電流通時震動導體內部原子、促使溫升情形。

實驗指出，即使是低至 5V 的電壓，也可以將 5 立方公分材料的表面溫度提高到攝氏 41 度，雖然以加熱效果來說，還是標準的熱水器優勝，但這項技術還有其他應用，共同作者 Nicolas Chanut 表示，這將是優良的地暖系統，通常地暖系統都是透過底下的熱水管幫地板加溫，當水泥除了地板還有加溫功用後，不僅能一石二鳥，更何況奈米顆粒可以在水泥中均勻分布，加熱更均勻。

除此之外也能用在道路除冰，可以省下大量的鹽，跟省下運輸大量鹽的金錢與時間成本。

但實務上也沒有那麼簡單，如果沒辦法將奈米顆粒對準水泥中的功能電路（functioning circuit、體積接線 volumetric wiring）就沒辦法善加利用材料的電導性。團隊在該研究引入全新的曲折率（tortuosity）概念，CSHub 教職顧問 Franz-Josef Ulm 表示，通常這個概念用於表示離子如何流動，如今我們用它來描述電子在體積接線的流動。

團隊以兩點之間的移動來說明曲折率概念，如果直線飛行短短幾公里即可抵達，所需時間也更少，但若是走平面道路，實際行駛的距離將更長、所需時間也更久，團隊指出，在水泥中流動的電子也是如此，總是要「走」比較遠的路，而曲折率便是比直線路徑更長的程度。

因此必須要平衡奈米碳黑的數量和擴散程度，如果過於分散，電子就得走更長的路，可若沒有足夠的碳，那麼曲折率也會太高而降低導電度，碳過於密集也會適得其反，Ulm 表示，團隊透過微調碳的體積，曲折率已達 2，電子採用的路徑僅為樣品長度的兩倍，這代表多功能水泥是可行的，也有機會量產。