十大新型建筑材料將改變未來建筑

在技術(shù)發(fā)展如此快速的時代，各種新穎的建筑材料正在興起，而所有新型建材幾乎都具有輕質(zhì)、高強度、保溫、節(jié)能、節(jié)土、裝飾等優(yōu)良特性。

很顯然，采用新型建材不但使房屋功能大大改善，還可以使建筑物內(nèi)外更具現(xiàn)代氣息，滿足人們的審美要求;有的新型建材可以顯著減輕建筑物自重，為推廣輕型建筑結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件，推動了建筑施工技術(shù)現(xiàn)代化，大大加快了建房速度。現(xiàn)如今，新型材料的發(fā)展已經(jīng)形成必不可擋的趨勢。

雖然科技有時會威脅到環(huán)境保護和生態(tài)公平，但有時，它也能緩解來自環(huán)境的危機。越來越多的國內(nèi)外的材料工程師和設(shè)計師專注于研究自然和科技的關(guān)系，以開發(fā)更具可持續(xù)性的建筑材料。

隨著科技持續(xù)發(fā)展，

建筑的未來會是什么樣子？

大膽暢想，未來可期。

下面列出的10項建筑創(chuàng)新，

不久的將來或?qū)⒏淖冋麄€建筑環(huán)境。

1、石墨烯氣凝膠

由中國浙江大學(xué)的研究人員研究開發(fā)而成的石墨烯氣凝膠，目前已知它是地球上最低密度的物質(zhì)之一，是一種泡沫狀固體材料，盡管幾乎輕如空氣卻保有固定形狀。有的氣凝膠的密度只有空氣的3倍，但通常氣凝膠是空氣的15倍重。

你可能會認為凝膠是如發(fā)膠一般濕濕的物質(zhì)。實際上氣凝膠是通過排除凝膠中的液體制得的。除去90%到99%的空氣以外，剩下的只是二氧化硅結(jié)構(gòu)。氣凝膠幾乎沒有重量，但是可以拉長成薄片氣凝膠織物。在建設(shè)項目中，氣凝膠織物具有“超強隔熱”的特性，其多孔結(jié)構(gòu)使熱量很難通過。測試表明氣凝膠織物的隔熱能力是傳統(tǒng)玻璃纖維或泡沫絕緣材料的2到4倍。一旦價格適中，它就可以廣泛應(yīng)用于建筑。

2、綠色木炭

目前廣泛應(yīng)用于建筑的混凝土面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，傳統(tǒng)的鋼筋容易生銹，導(dǎo)致整個復(fù)合材料的強度等性能下降；另外，混凝土也很難回收，幾乎為一次性材料。印度設(shè)計與創(chuàng)新學(xué)院的Meenal Sutaria和Shreyas More設(shè)計了一種替代復(fù)合材料，由多孔碳、絲瓜絡(luò)纖維、肥土、水泥和包裹在其中的空氣組成。選擇的每種材料都有自己的優(yōu)勢：多孔碳質(zhì)量輕，同時可吸附空氣污染物；有機絲瓜絡(luò)增強復(fù)合材料韌性；而土壤則起到彈性粘合劑和保持穩(wěn)定pH值的作用。雖然這種材料仍處于原型研發(fā)階段，但在可生物降解的景觀墻中具有廣泛的潛在適用性。

3、納米材料

納米技術(shù)正在推動材料科學(xué)，它突破了曾經(jīng)看起來不可能的限制。TRY2004金字塔超級城市概念曾為東京發(fā)展做出了很大的幫助，但由于該項目的難度，它只能在碳納米管的幫助下完成。

當(dāng)與高強度混凝土結(jié)合使用時，碳納米管（CNT）等納米材料會產(chǎn)生一種伸縮性強的材質(zhì)，使得建筑不再需要鋼筋，因此加快了施工進程。還有更多的可能性，其他發(fā)展包括超輕型（超強）材料以及另一種自修復(fù)混凝土。

4、可編程水泥

混凝土生產(chǎn)是溫室氣體排放的罪魁禍首之一。為了進一步改進混泥土材料，美國萊斯大學(xué)的研究人員將目光投向了納米級領(lǐng)域，他們研究了硅酸鈣水合物(C-S-H)水泥如何結(jié)晶，并用它來合成具有特定形狀的C-S-H顆粒。研究人員將它們變成立方體，矩形、棱柱、樹突狀、核殼和菱形，這樣的形狀能夠讓它們更密集地放在一起。團隊能夠通過調(diào)整原始種子的濃度、溫度和生成過程的持續(xù)時間來控制這些最終顆粒的數(shù)量、大小和形狀。然后將該信息映射成可以與制造商和建造者共享的統(tǒng)一形態(tài)圖，使他們設(shè)計具有特定期望屬性的混凝土。

“一個優(yōu)點是，因為它變得更強硬，所以不需要太多就能達到以前的效果，”研究人員解釋說：“這是由于立方體顆粒的壓緊效果更好會產(chǎn)生更強的微觀結(jié)構(gòu)；另一個優(yōu)點是其更耐用，以及更少的孔隙率使得其隔絕了更多化學(xué)物質(zhì)的進入，因此鋼筋內(nèi)部不易受到破壞。”

5、自修復(fù)混凝土

混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料。事實上，它是水之后地球上第二大消費品。混凝土有廉價和廣泛適應(yīng)性等優(yōu)點，但也容易開裂，在極熱和極冷環(huán)境下抗壓性能會惡化。

過去修復(fù)有裂縫的混凝土的唯一途徑就是修補它、加強它，或者把它敲下來從頭開始。但以后將不需再這樣了。美國羅德島大學(xué)的研究生和化學(xué)工程教授創(chuàng)建了一種新型“智能”混凝土，可以“智能”修復(fù)自身的裂縫。這是因為混凝土混合物中嵌入了微型水玻璃膠囊。當(dāng)裂紋產(chǎn)生時，膠囊破裂并釋放一種凝膠狀愈合劑，變硬填補空隙，實現(xiàn)自我修復(fù)。

當(dāng)然，這不是自修復(fù)混凝土的唯一修復(fù)方法。其他研究人員利用細菌或嵌入玻璃毛細管或聚合物微膠囊達到類似的效果。

延長混凝土的壽命能帶來巨大的環(huán)境效益。目前世界范圍內(nèi)的混凝土生產(chǎn)占全球二氧化碳排放的5%。智能混凝土不僅會使我們的結(jié)構(gòu)更安全，也可以減少溫室氣體的排放。

6、溫控反映瓷磚

這種溫控反映瓷磚，也是一種新技術(shù)，未來一定會得到廣泛的應(yīng)用。它的妙處在于可以根據(jù)溫度的不同，變換不同的顏色。

這種溫控反映瓷磚，是一家名為移動顏色(Moving Color)的公司生產(chǎn)著一種玻璃裝飾瓷磚，瓷磚表面涂覆著一種熱致變色染料，可以像“活著”一般隨表面溫度發(fā)生變化。在室溫下，瓷磚是一個光滑的黑色，但當(dāng)你接觸到瓷磚或者有光直射或溫水接觸時，瓷磚顏色就像北極光一樣轉(zhuǎn)變成彩虹般的藍色、綠色和粉紅色。

圖中的桌子上運用了溫控反映瓷磚，所以當(dāng)熱的東西放在桌子上面時，桌面就會變色。

7、碳納米管

碳納米管是目前可制備出的具有最高比強度的材料，可以拉伸超過厚度的一百萬倍。

一納米(nm)只有一米的十億分之一，這是微乎其微的小。一張紙的厚度是100000nm。人的指甲生長速度大約1nm每秒，即使人的DNA鏈也只是2.5nm寬。這樣看來構(gòu)造“納米”級的材料似乎是不可能的。但科學(xué)家和工程師通過使用電子束光刻技術(shù)等尖端技術(shù)，已經(jīng)成功地創(chuàng)造出壁厚只有1nm的碳納米管。

當(dāng)大的粒子變小時，其表面積在不斷增加。這些碳納米管具有比地球上其它任何材料都高的比強度，可以拉伸超過厚度的一百萬倍。碳納米管的質(zhì)量之輕和強度之高，使它們可以嵌入到其他金屬、混凝土、木材和玻璃等建筑材料中來增加材料密度和抗拉強度。工程師們甚至嘗試在建筑材料加入納米傳感器，這樣可以在材料破裂和開裂之前監(jiān)測出來。

8、透明鋁材

透明鋁材可以需要更小的內(nèi)部支撐來建造高聳的玻璃幕墻摩天大樓。

幾十年來，化學(xué)工程師夢寐以求地開發(fā)一種結(jié)合了金屬的強度和耐久性的與玻璃般透亮的材料。這種“透明金屬”可以以很小的內(nèi)部支撐來建造高聳的玻璃幕墻摩天大樓。軍事建筑可以安裝這種薄而透明的金屬窗戶經(jīng)受起最高級的炮火攻擊。而早在1980年代，科學(xué)家們就開始試驗一種由鋁、氧和氮混合粉所形成的新型陶瓷。陶瓷經(jīng)過熱處理和冷卻過程得到硬度很高的晶體材料。他們將混合鋁粉置于巨大的壓力之下，在2000℃(3632 F)高溫加熱數(shù)天，最后拋光生產(chǎn)出透明如玻璃一般又兼具鋁的強度的新材料。這種被認為是透明鋁材或者ALON的太空材料已經(jīng)用于軍隊生產(chǎn)裝甲窗戶和光學(xué)透鏡。

9、二氧化碳建筑

沒錯，你沒聽錯，就是二氧化碳建筑，乍一聽，嚇人一跳，怎么也沒法把二氧化碳和建筑聯(lián)系到一起。但其實這也是一種新技術(shù)。

究竟是怎么回事呢？原來最近美國麻省理工學(xué)院的一組研究人員成功的利用轉(zhuǎn)基因酵母將二氧化碳氣體轉(zhuǎn)化為了固體碳基建筑材料。這科學(xué)家們說啊，每年全球約有300億公噸的二氧化碳被排到大氣中，非常的污染環(huán)境，他們用滿滿一燒杯的轉(zhuǎn)基因酵母就可以利用只有1磅(0.5公斤)的二氧化碳產(chǎn)生出2磅(1公斤)的固體碳酸鹽。這樣一來可以很大程度上減少環(huán)境污染。

用這樣的固體碳基材料建成的二氧化碳建筑還真是讓人期待?。?/p>

10、機器人群體建筑

自然界最巧妙的建筑者之一是不起眼的白蟻。它用只有沙子一般大小的大腦，與成千上萬的“同胞們”一起工作建立起龐大復(fù)雜的泥巴結(jié)構(gòu)。白蟻現(xiàn)象引起了美國哈佛大學(xué)機器人研究人員的注意，因為這種昆蟲并不是聽取來自蟻穴中央的命令，每個白蟻只是根據(jù)基因程序規(guī)定的行為工作。

受白蟻啟發(fā)，哈佛大學(xué)自組織系統(tǒng)研究小組的研究人員組建了小型建筑機器人群體進行工作。四輪機器人可以在空地上通過搬磚、爬墻和鋪磚砌出磚墻。它們有傳感器來檢測其他機器人的存在并按規(guī)則彼此互不干擾地工作。就像白蟻一般，沒有人“控制”它們，但它們按照程序齊心協(xié)力把設(shè)計變成現(xiàn)實。

想象一下這樣的應(yīng)用場景：成群的機器人沿著淹沒海岸線建造堤壩墻；成千上萬的微型機器人在火星上建造空間站，或者深海海底天然氣管道被海里成群游蕩的機器人組裝完成……