智能材料與建筑復(fù)合材料

智能材料與建筑新能源新材料發(fā)展方向與趨勢在新技術(shù)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地開發(fā)利用的可再生能源。如核能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能、氫能等。新能源新材料是在環(huán)保理念推出之后引發(fā)的對不可再生資源節(jié)約利用的一種新的科技理念，新能源新材料是指新近發(fā)展的或正在研發(fā)的、性能超群的一些材料，具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異的性能。新材料技術(shù)則是按照人的意志，通過物理研究、材料設(shè)計(jì)、材料加工、試驗(yàn)評價等一系列研究過程，創(chuàng)造出能滿足各種需要的新型材料的技術(shù)。超導(dǎo)材料有些材料當(dāng)溫度下降至某一臨界溫度時，其電阻完全消失，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性，具有這種現(xiàn)象的材料稱為超導(dǎo)材料。超導(dǎo)體的另外一個特征是：當(dāng)電阻消失時，磁感應(yīng)線將不能通過超導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。能源材料能源材料主要有太陽能電池材料、儲氫材料、固體氧化物電池材料等。太陽能電池材料是新能源材料，IBM公司研制的多層復(fù)合太陽能電池，轉(zhuǎn)換率高達(dá)40%。智能材料智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一。國外在智能材料的研發(fā)方面取得很多技術(shù)突破，如英國宇航公司的導(dǎo)線傳感器，用于測試飛機(jī)蒙皮上的應(yīng)變與溫度情況；英國開發(fā)出一種快速反應(yīng)形狀記憶合金，壽命期具有百萬次循環(huán)，且輸出功率高，以它作制動器時、反應(yīng)時間僅為10分鐘；形狀記憶合金還已成功在應(yīng)用于衛(wèi)星天線等、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。智能材料目前還沒有統(tǒng)一的定義。不過，現(xiàn)有的智能材料的多種定義仍然是大同小異。智能材料嵌入式智能材料有些材料微觀結(jié)構(gòu)本身就具有智能功能，能夠隨著環(huán)境和時間的變化改變自己的性能，如自濾玻璃、受輻射時性能自衰減的Inp半導(dǎo)體等。用記憶金屬制造蝙蝠的肌肉。這種方法將是未來超小型無人飛行器的趨勢。也許不遠(yuǎn)的將來我們可以看到人造昆蟲了因?yàn)樵O(shè)計(jì)智能材料的兩個指導(dǎo)思想是材料的多功能復(fù)合和材料的仿生設(shè)計(jì)，所以智能材料系統(tǒng)具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：（1）傳感功能（Sensor）能夠感知外界或自身所處的環(huán)境條件，如負(fù)載、應(yīng)力、應(yīng)變、振動、熱、光、電、磁、化學(xué)、核輻射等的強(qiáng)度及其變化。（2）反饋功能（Feedback）可通過傳感網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)輸入與輸出信息進(jìn)行對比，并將其結(jié)果提供給控制系統(tǒng)。（3）信息識別與積累功能能夠識別傳感網(wǎng)絡(luò)得到的各類信息并將其積累起來。（4）響應(yīng)功能能夠根據(jù)外界環(huán)境和內(nèi)部條件變化，適時動態(tài)地作出相應(yīng)的反應(yīng)，并采取必要行動。（5）自診斷能力（Self-diagnosis）能通過分析比較系統(tǒng)目前的狀況與過去的情況，對諸如系統(tǒng)故障與判斷失誤等問題進(jìn)行自診斷并予以校正。（6）自修復(fù)能力（Self-recovery）能通過自繁殖、自生長、原位復(fù)合等再生機(jī)制，來修補(bǔ)某些局部損傷或破壞。（7）自調(diào)節(jié)能力（Self-adjusting）對不斷變化的外部環(huán)境和條件，能及時地自動調(diào)整自身結(jié)構(gòu)和功能，并相應(yīng)地改變自己的狀態(tài)和行為，從而使材料系統(tǒng)始終以一種優(yōu)化方式對外界變化作出恰如其分的響應(yīng)。一般來說智能材料由基體材料、敏感材料、驅(qū)動材料和信息處理器四部分構(gòu)成。 智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)振動控制中的應(yīng)用智能材料記憶性合金材料應(yīng)用

壓電智能材料應(yīng)用稀土磁致伸縮材料領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)研究的是佐治亞理工學(xué)院的土木工程學(xué)家ReginaldDesRoches，他和里諾大學(xué)、萊斯大學(xué)同事通過實(shí)驗(yàn)首次證明，利用鎳鈦諾形狀記憶合金（shapememoryalloy，SMA）制成的纜索能夠有助于抵御地震或者颶風(fēng)。環(huán)保節(jié)能的綠色智能建筑 智能材料不僅僅在抗震方面大放異彩，在以節(jié)能環(huán)保為主題的當(dāng)今智能材料也嶄露頭角，20世紀(jì)90年代，建筑的生態(tài)設(shè)計(jì)意識與城市生態(tài)學(xué)已成為建筑師廣泛關(guān)注的重點(diǎn)。綠色建筑的創(chuàng)作和有效利用自然資源（如太陽能、自然通風(fēng)、節(jié)能技術(shù)、材料循環(huán)利用等）的設(shè)計(jì)技術(shù)陸續(xù)推開。而智能材料無疑是其中的隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，尤其電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，人們對建筑物的高效化，多功能化的要求也愈來愈高。

1)電磁屏蔽混凝土通過摻入金屬粉末導(dǎo)電纖維等低電阻導(dǎo)體材料,在提高混凝土結(jié)構(gòu)性能的同時,能夠屏蔽和吸收電磁波,降低電磁輻射污染,提高室內(nèi)電視影像和通訊質(zhì)量。

2)調(diào)濕混凝土通過添加關(guān)鍵組分納米天然沸石粉制成,可探測室內(nèi)環(huán)境溫度,并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)控,滿足人的居住或美術(shù)館等建筑對濕度的控制要求,相比較于傳統(tǒng)的利用溫度濕度傳感器控制器和復(fù)雜布線系統(tǒng),使用和維護(hù)成本低。

3)透水混凝土具備良好的透水透氣性,可增加地表透水、透氣面積,調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度,減少城市熱島效應(yīng),維持地下水位和植物生長。

4)生物相容型混凝土利用混凝土良好的透水透氣性,提供植物生長所需營養(yǎng)。陸地上可種植小草,形成植被混凝土,用于河川護(hù)堤的綠化美化;淡水海水中可棲息浮游動物和植物,形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土,調(diào)節(jié)生態(tài)平衡。

5)抗菌混凝土在傳統(tǒng)混凝土中加入納米抗菌防霉組分,使混凝土具有抑制霉菌生長和滅菌效果,

6)凈水生態(tài)混凝土將高活性凈水組分與多孔混凝土復(fù)合,提高吸附能力,使混凝土具有凈化水質(zhì)功能和適應(yīng)生物生息場所及自然景觀效果,用于淡水資源凈化和海水凈化。

7)凈化空氣混凝土在砂漿和混凝土中添加納米二氧化鈦等光催化劑,制成光催化混凝土,分解去除空氣中的二氧化硫、氮氧化物等對人體有害的污染氣體。另外還有物理吸附、化學(xué)吸附、離子交換和稀土激活等空氣凈化形式,可起到有效凈化甲醛、苯等室內(nèi)有毒揮發(fā)物,減少二氧化碳濃度等作用。

8)再生混凝土將廢棄混凝土經(jīng)過處理,部分或全部代替天然骨料而配制的新混凝土,減少城市垃圾,節(jié)約資源。

9)溫度自監(jiān)控混凝土通過摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中,使混凝土產(chǎn)生熱電效應(yīng),實(shí)現(xiàn)對建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)境溫度變化的實(shí)時測量此外尚存在通過水泥基復(fù)合材料的熱電效應(yīng)利用太陽能和室內(nèi)外溫差為建筑物提供電能的可能性。

10)綠色高性能混凝土在混凝土的生產(chǎn)使用過程中,除了獲得高技術(shù)性能外,還綜合體現(xiàn)出節(jié)約能源資源,不破壞環(huán)境的宗旨。在概念上,綠色混凝土重點(diǎn)在于對環(huán)境無害,而生態(tài)混凝土強(qiáng)調(diào)的是直接有益于環(huán)境。綠色涂料 自然界中的微生物環(huán)境給人類健康帶來的隱患和威脅不容忽視,據(jù)WHO的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示僅1995年因細(xì)菌傳染造成死亡的人數(shù)就達(dá)1700萬,前幾年出現(xiàn)的SARS病毒使人們更加重視保健抗菌材料。納米材料因近似大分子水平的粒徑,具有大比表面積高表面活性,故化學(xué)催化和光催化能力強(qiáng)。以混凝土、涂料、玻璃、陶瓷、磚、板材或其它應(yīng)用形式出現(xiàn)的納米建材,可具備同時憎水憎油特性,將抗菌成份銀、銅等離子及其化合物結(jié)合與其中,使其依靠自身能量激活水氧產(chǎn)生活性,使材料表面具有自清潔防污、防霉、防毒、防霧防露、抗菌、凈化環(huán)境等功能。 玻璃玻璃作為建筑采光材料具有不可替代性,玻璃及其深加工制品作為裝飾裝修材料的應(yīng)用面正在逐年擴(kuò)大,利用玻璃材料獨(dú)具的光電特性制造的多功能材料將會在節(jié)能綠色建筑中扮演重要角色。除了傳統(tǒng)的節(jié)能玻璃制作工藝如中空玻璃、吸熱玻璃和熱反射玻璃以外,近年來出現(xiàn)了很多的新技術(shù)新產(chǎn)品。 低輻射(Low－E)玻璃:附加一層金屬氧化膜,可通過太陽輻射中的可見光,阻隔占太陽輻射能量49%的紅外頻譜部分,與普通透明玻璃相比,它可以反射40%～70%的熱輻射,但只遮擋20%的可見光,與普通玻璃配合使用,組成雙層中空窗,有很好的保溫隔熱節(jié)能效果。同時由于對可見光的反射率低,用于玻璃幕墻減低反射光引起的光污染。

結(jié)語 隨著時代的發(fā)展,建筑物的智能化建設(shè)會愈加深入,智能建筑的內(nèi)容與涵義隨著科技的發(fā)