智能材料及其在綠色建材中的運(yùn)用

蓋東

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，建筑業(yè)對(duì)材料的高端化和環(huán)?；絹?lái)越重要，促進(jìn)了材料科學(xué)和自動(dòng)化技術(shù)手段的發(fā)展和進(jìn)步，使得將來(lái)的建筑業(yè)不斷走向智能化、自動(dòng)化，智能材料將會(huì)是未來(lái)建筑施工的主要材料之一，智能材料源于仿生學(xué)，就是對(duì)自然界各種屬性物質(zhì)進(jìn)行模仿及創(chuàng)新運(yùn)用，主要就是為了制造出高效的建筑材料以便在建筑生活中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能材料;綠色建材;應(yīng)用

1智能材料的概念的特點(diǎn)

智能材料是具有一定感知和記憶功能的多功能材料，主要是能夠很好的起到保護(hù)環(huán)境的作用，并可以自我診斷和自我進(jìn)行調(diào)節(jié)的復(fù)雜生物系統(tǒng)材料，由于智能材料具有傳統(tǒng)型材料所不具備的特點(diǎn)，所以可以有非常廣泛的應(yīng)用和廣闊的前景，也將是未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展主要材料之一。具體的說(shuō)智能材料具有的內(nèi)涵，就是感知功能，可以對(duì)于外界壞境的刺激具有非常高的敏感度，例如對(duì)于光、電和熱的刺激等都有非常敏感性，就像人的皮膚受到刺痛時(shí)傳感神經(jīng)對(duì)人做出指示一樣。另外就是具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，可以很快地對(duì)刺激做出相應(yīng)的變化，還可按照已經(jīng)設(shè)定好的系統(tǒng)進(jìn)行很好調(diào)控作用，可以非常靈活地對(duì)于記憶進(jìn)行很好記錄，最后就是可以對(duì)于各種刺激進(jìn)行非常好的完善和恢復(fù)工作。對(duì)于智能材料來(lái)說(shuō)最重要的指導(dǎo)思想就是多功能和仿生設(shè)計(jì)方面，它具有一定智能功能，可以對(duì)各種外界刺激和生命特征進(jìn)行很好傳感和反饋?zhàn)饔谩１热缈梢院芎脗鞲械酵饨绛h(huán)境條件的負(fù)載和變化，對(duì)于各種輻射刺激和外界變化都可以很好感知，可以很好反饋系統(tǒng)中信息所控制的物質(zhì)問(wèn)題，對(duì)于信息可以進(jìn)行非常完好的識(shí)別能力，還可以根據(jù)外界環(huán)境將信息進(jìn)行積累，對(duì)于環(huán)境變化做出非常好的反應(yīng)，同時(shí)還可以采取各種措施進(jìn)行分析和診斷。對(duì)于故障問(wèn)題可以及時(shí)進(jìn)行處理，對(duì)于失誤可以及時(shí)進(jìn)行分析，通過(guò)修復(fù)能力進(jìn)行自我繁殖和再生能力，還可以進(jìn)行很好調(diào)節(jié)能力，不斷對(duì)各種變化進(jìn)行自身結(jié)構(gòu)調(diào)整，使得材料系統(tǒng)可以得到很好優(yōu)化和做出規(guī)范性措施。[1]

2智能材料的工作原理

智能材料一般都是由基體材料、敏感材料、驅(qū)動(dòng)材料、其他材料及信息處理器等幾個(gè)部分進(jìn)行組成，對(duì)于基體材料就是負(fù)著承載的作用，一般宜選用輕質(zhì)材料。[3]一般基體材料首選高分子材料，因?yàn)槠渲亓枯p、耐腐蝕，尤其具有粘彈性的非線性特征。其次也可選用金屬材料，以輕質(zhì)有色合金為主。。敏感材料擔(dān)負(fù)著傳感的任務(wù)，對(duì)于環(huán)境變化進(jìn)行非常敏感的感知能力，可以使材料記憶和變化點(diǎn)得到很好適應(yīng)能力，常用敏感材料如形狀記憶材料、壓電材料、光纖材料、磁致伸縮材料、電致變色材料、電流變體、磁流變體和液晶材料等。。驅(qū)動(dòng)材料就是指的是在一定條件下對(duì)材料進(jìn)行很好控制，因?yàn)樵谝欢l件下驅(qū)動(dòng)材料可產(chǎn)生較大的應(yīng)變和應(yīng)力，所以它擔(dān)負(fù)著響應(yīng)和控制的任務(wù)。常用有效驅(qū)動(dòng)材料如形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等。可以看出，這些材料既是驅(qū)動(dòng)材料又是敏感材料，顯然起到了身兼二職的作用，這也是智能材料設(shè)計(jì)時(shí)可采用的一種思路。其他材料主要就是導(dǎo)電材料、磁性材料結(jié)合半導(dǎo)體材料等，最后就是對(duì)于信息處理器的研究，這是最核心部分，對(duì)于傳感器信號(hào)進(jìn)行非常完好處理功能。

3一般智能材料的主要分類

根據(jù)材料可以自我發(fā)現(xiàn)故障，自我修復(fù)，并根據(jù)實(shí)際情況作出優(yōu)化反應(yīng)，發(fā)揮控制的功能。使智能材料可分為兩大類：嵌入式智能材料，又稱智能材料結(jié)構(gòu)或智能材料系統(tǒng)。在基體材料中，嵌入式具有傳感、動(dòng)作和處理功能的三種原始材料。傳感元件負(fù)責(zé)采集和檢測(cè)外界環(huán)境給予的信息，控制處理器則指揮和激勵(lì)驅(qū)動(dòng)元件，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。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(shí)間的變化改變自己的性能，如自濾玻璃、受輻射時(shí)性能自衰減的Inp半導(dǎo)體等。這只是一種比較籠統(tǒng)的分類方法，由于智能材料還處在不斷的研究和開(kāi)發(fā)之中，因此相繼又出現(xiàn)了許多具有智能結(jié)構(gòu)的新型的智能材料。如：英國(guó)宇航公司的導(dǎo)線傳感器，用于測(cè)試飛機(jī)蒙皮上的應(yīng)變與溫度情況;英國(guó)開(kāi)發(fā)出一種可以快速反應(yīng)形狀記憶合金，壽命期具有百萬(wàn)次循環(huán)，且輸出功率高，以它作制動(dòng)器時(shí)反應(yīng)時(shí)間僅為10分鐘，壓電材料、磁致伸縮材料、導(dǎo)電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅(qū)動(dòng)組件材料在航空上的應(yīng)用取得大量創(chuàng)新成果。

4智能化綠色建材應(yīng)用實(shí)例

4.1“智能皮”建筑材料。

美國(guó)費(fèi)城的建筑師斯蒂芬?基蘭和詹姆斯?廷博萊克開(kāi)發(fā)出了一種叫做“智能皮”的新型建筑材料。它是能在鋁制框架上拉伸平鋪的外包裝材料，就像尼龍材質(zhì)的帳篷一樣。它是由兩層聚脂膜（PET）構(gòu)成一種與塑料可樂(lè)瓶的原材料完全相同的物質(zhì)，并用柔性泡沫材料做基板，將一些帶有照明、加熱、能量存儲(chǔ)、顯示信息功能的微小粒子噴涂在上面，造出的電子墻壁不僅便宜，而且可以隨心所欲地調(diào)控功能，例如投影或者照明，智能皮兩層材料中間隔有5cm的空地，空隙間將塊狀氣凝膠填充，使得絕熱系數(shù)與填充了聚苯乙烯的43cm厚水泥墻相當(dāng)。大大減少了熱損。[2]

4.2智能玻璃幕墻.

傳統(tǒng)玻璃幕墻技術(shù)的大量使用會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重光污染、大量能源消耗、視線干擾、室內(nèi)衛(wèi)生質(zhì)量下降等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，智能玻璃幕墻技術(shù)已先后在德國(guó)、英國(guó)等西歐國(guó)家得到發(fā)展。智能玻璃幕墻廣義上包括玻璃幕墻、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)。其技術(shù)核心是一種有別于傳統(tǒng)幕墻的特殊幕墻─熱通道幕墻。它主要由一個(gè)單層玻璃幕槽和一個(gè)雙層玻璃幕墻組成。由于智能玻璃幕墻為3層玻璃，外側(cè)為全封閉式，可大大減少外界噪聲對(duì)建筑內(nèi)部的干擾。

5.結(jié)語(yǔ)

智能化產(chǎn)品在建筑材料中已經(jīng)展現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢(shì)，隨著人類社會(huì)生活質(zhì)量與科技水平的發(fā)展，智能材料的質(zhì)量水平也會(huì)不斷提升。發(fā)展智能化的綠色建材，能滿足提高人們生活水平的需要，并且事實(shí)上綠色建材的發(fā)展是與智能化材料的發(fā)展緊密聯(lián)系，因此智能綠色建材可以預(yù)見(jiàn)是未來(lái)健康家居的重要組成部分，具有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃靜晗，肖卓，瓦曉燕.智能材料及其在綠色建材中的應(yīng)用[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2015.

[2]王天寧.智能材料及其在綠色建材中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（24）：78-79.

[3]孫愛(ài)麗.智能材料及其在綠色建材中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)科技投資，2017（9）.