自己治癒コンクリート&セラミックス、脅威のメカニズム! 1ヵ月で、1分でヒビを自己修復、凄い技術、実用化は? NHKサイエンスZERO(2019年9月29日放送)

こんにちは。元オタク少年のshigeです。今日は、キズが勝手に塞がる、自己治癒コンクリート、自己治癒セラミックスのお話。コンクリートやセラミックスにヒビ割れが入っても、自己修復するという、凄い技術です。地味な研究ですが、経済効果はとっても大きい。身近なアレにも使われるんですよ!?

NHK サイエンスZEROからお伝えします!

NHK サイエンスZERO
「キズが勝手に治る!自己治癒コンクリート&セラミックス」
(2019年9月29日放送)
【司会】小島瑠璃子,森田洋平
https://www4.nhk.or.jp/zero/



海洋生物のバクテリアを活用した、自己治癒コンクリート

開発したのは、米国デルフト工科大学教授。海洋生物学のヘンドリック・ヨンカース准教授。海の中の微生物が専門分野です。つまり、コンクリートは素人。そんなヨンカース准教授が、どうして、コンクリートの研究に関わっているのでしょうか?

自己治癒のメカニズム(海洋バクテリア編)

自己治癒の鍵は、なんと「バクテリア」。好アルカリ性バシラス属という種類のバクテリアを使います。海の中では、貝殻やサンゴの骨格成分である炭酸カルシウムをつくっています。

でも、バクテリアをそのままコンクリートに混ぜちゃうと、すぐに死んでしまう。そこで、バクテリアを生分解性プラスチックでコーティングして、コンクリートの中に混ぜます。コンクリートにひび割れが出来て、水が入り込むと、バクテリアが冬眠状態から起きて活動を始める。炭酸カルシウムをつくり、コンクリートのひび割れ部分を埋めて、補修してくれます。

ヒビ割れが治って水がなくなると、バクテリアは再び冬眠状態の戻る。バクテリアはコンクリートの中で200年も生き続けることができる、という画期的な技術です。




なんとも献身的なバクテリアくんですね。涙が出てきます。200年も冬眠状態で、人間のために、必要なときだけ起きて働いてくれる。く~~~っ

でも、コンクリートの強度自体は補強できません。できあがる炭酸カルシウムはもろいので、ヒビをふさぐだけで、強度はそのままです。でも、水と酸素の侵入を防いでくれるので、鉄筋のサビを防ぐ効果がある。橋げたなど、水の近くで使われるコンクリートには強力な味方です。

まあ、適材適所ですね。海洋バクテリアだから、水の近くが好きなんですね。水を得たバクテリア。なんとも、けなげでカワイイです。



繊維補強コンクリート (東北大学 西脇智哉 准教授)

繊維をコンクリートにまぜて、ヒビが発生しにくくする技術です。

ポリプロピレン、ポリビニールアルコールなどの化学繊維をコンクリートに混ぜる。こうすることで、コンクリートの粘り強さを少し引き上げる効果があります。

補修というよりは、粘り強いコンクリートですね。ただ固いだけではなく、粘り強い。人間もこうありたいものです。

自己治癒セラミックス (物質・材料研究機構 長田俊郎 主幹研究員)

飛行機のジェットエンジンに使われるタービン、発電所や自動車にも使える素材として研究を進めています。

セラミックスは、金属の1/3くらいの重さ、プラスチックのように軽いのに、金属のような強度がある。将来を、とっても期待されている素材です。

開発している素材は、1000℃の温度で1分以内に亀裂が塞がる、というからビックリです!

飛行機で飛んでいる間に、勝手にヒビを治して、何事もなかったかのように飛び続けることが出来る。さらに、強度も元通りに治るという、凄い素材なんです!




自己治癒のメカニズム(自己治癒セラミックス編)

自己治癒のメカニズムには、セラミックスに含まれるアルミナと炭化ケイ素が関係していることを突き止めました。亀裂に酸素が入って来ると、炭化ケイ素と反応して、二酸化ケイ素ができる。ここにアルミナが入り込むことでドロッとした液体状になる。さらに二酸化ケイ素が結晶化して、亀裂を塞ぎ強度も元通りになる。というメカニズムを解明しました。

材料を見直して、自己治癒の時間を6万分の一に短縮!

ただし、通常の自己治癒のメカニズムでは、元の状態になるまでに1000時間もかかり、実用には使えない。アルミナの役割を強化する素材を探し、酸化マンガンを少し入れるだけで、自己治癒の時間を1000時間から1分に、6万分の一に短縮!

この間、10年もかかっているんです。なんとも、地道な研究。よく、見つけました!



自己治癒セラミックスのヒントになったのは、人間の骨の修復メカニズム

骨にヒビが入ると、血液が入り込み、ドロッとした軟骨のようなものができる。周囲の骨細胞がネットワークをむずび、補修物質を運ぶ。こうしたメカニズムにヒントを得て、発想したのです。

ほんと、骨の修復と、セラミックスのメカニズム、そっくりですね。自然の中には、学びがいっぱい! だから、観察が重要なんです。ボーっとしている子どもも、将来博士になるかもよ。自由研究は、ボーっと1日でも眺めることから始めましょう。

飛行機のエンジンにセラミックスが使えるようになると、燃費が15%くらい削減できる。金額に換算すると、全世界で年間30~40兆円の燃料削減効果があるんです!

凄い効果ですよね!

飛行機がエンジン故障で落ちたら大変ですし。絶対に壊れない機械をつくるための基礎技術として、とても期待しちゃいます。

いや~、地味な研究ですが、効果はデカい!

こういう研究を続けている科学者には、ほんとうに頭が下がります。

世の中を支えているおじさんたちに拍手!

次回は、どんな科学の未来が見えて来るんでしょうか?

ではでは


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