智能材料在建筑領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

吳迪 霍英杰 相晨宇 李永濤

摘?要：智能材料是當(dāng)今迅速發(fā)展的一類(lèi)新型功能材料，已成為目前探索和研究的熱門(mén)。本文主要針對(duì)智能材料的特性及其與建筑相結(jié)合形成的智能建筑材料，研究智能材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用及其發(fā)展?fàn)顩r。

關(guān)鍵詞：智能材料;智能建筑材料;建筑領(lǐng)域

1、引言

隨著智能材料的研究和應(yīng)用不斷取得重大突破，智能材料的發(fā)展前景有了越來(lái)越多的選擇，但隨著時(shí)代飛速的變遷進(jìn)步，必將推動(dòng)智能材料向更高層次發(fā)展，因此對(duì)智能材料的性能有著更高的要求，下面我們將主要針對(duì)建筑領(lǐng)域來(lái)看智能材料的與其之間的關(guān)系和應(yīng)用。

2、智能材料的簡(jiǎn)介及其與建筑物的關(guān)系

智能材料是基于仿生發(fā)展而設(shè)計(jì)的一種類(lèi)似于生物各種功能的“活”的特殊材料，是目前材料科學(xué)研究的領(lǐng)先代表，是材料科學(xué)最前端的發(fā)展方向。智能材料構(gòu)思的前提是具有多功能復(fù)合性和仿生性?xún)纱筇攸c(diǎn)。智能材料并不是單單一種材料種類(lèi)，它是由多種材料部分經(jīng)過(guò)有機(jī)緊湊的復(fù)合或嚴(yán)格的科學(xué)組裝所構(gòu)成的材料系統(tǒng)，人們?cè)O(shè)想的智能材料目前一般具備感知，驅(qū)動(dòng)和控制三個(gè)基本功能要素。

智能材料所呈現(xiàn)的功能特征與建筑領(lǐng)域也能有著十分密切的結(jié)合，首先，智能材料的傳感功能，能感受外界所發(fā)生的變化和材料本身所處環(huán)境發(fā)生的變化，給建筑材料的選取提供了空間，應(yīng)用到建筑中能夠?qū)ㄖ锏牧芽p破壞起到一定的預(yù)警作用。其次，智能材料的反饋功能，可以對(duì)系統(tǒng)之前與之后信息進(jìn)行比較，然后對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行傳送，根據(jù)對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而能夠?qū)ㄖ锍霈F(xiàn)的問(wèn)題提前進(jìn)行整修。最后，智能材料的自調(diào)節(jié)能力，可以在外部條件變化的同時(shí)調(diào)節(jié)其自身的結(jié)構(gòu)，以此來(lái)改變材料本身原有形態(tài)，做出適合外界變化的調(diào)整，保持材料最佳的使用狀態(tài)，這一特性能夠大大提高建筑物的使用壽命。

3、智能材料在建筑領(lǐng)域的發(fā)展

近年來(lái)，由于建筑物的安全問(wèn)題而造成的人員損傷不在少數(shù)，智能材料與建筑相結(jié)合形成的智能建筑材料，最大的特點(diǎn)就是使建筑物更加安全鞏固。智能建筑利用智能建筑材料的智能特性，在進(jìn)行觀察建筑結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還可以對(duì)建筑物的破損進(jìn)行修整。把可以進(jìn)行觀察的設(shè)備配置在智能建筑上，能及時(shí)檢測(cè)出如地動(dòng)、失火、結(jié)構(gòu)塌裂等危害建筑物安全的因素，并在檢測(cè)出來(lái)后，能夠進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警，以便于人們及時(shí)預(yù)防并制定應(yīng)對(duì)方案，在一定的承載范圍內(nèi)還可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)消危害因素的影響。例如智能材料的自修復(fù)功能，可在建筑物出現(xiàn)裂縫時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)修復(fù)，避免建筑倒塌的危險(xiǎn)。智能建筑的安全特征相比較傳統(tǒng)建筑而言有了極大的提升，讓人們使用的更加放心。

中國(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入新時(shí)代，人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要正是對(duì)生活及工作環(huán)境要求的不斷提升，在安全的基礎(chǔ)上人們開(kāi)始更加關(guān)注建筑物的使用舒適感和功能多樣性。將智能材料與建筑相結(jié)合起來(lái)，則是當(dāng)今新興科技集成的體現(xiàn)，是建筑行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。智能材料在建筑領(lǐng)域應(yīng)用所形成的智能建筑具有節(jié)約性、自動(dòng)化和智能化等特點(diǎn)，大大提高了使用者的建筑舒適感，保證使用者能夠享受到更加高效和方便的生活體驗(yàn)感，為使用者營(yíng)造出更滿意、更可靠的生活及工作環(huán)境，未來(lái)建筑業(yè)發(fā)展趨勢(shì)必然是智能建筑。

4、智能材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

科學(xué)研究、自動(dòng)化控制以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得建筑及其所用的材料逐漸走向智能化。智能材料主要分為基體材料、敏感材料、驅(qū)動(dòng)材料和信息處理器四部分，這四部分在建筑領(lǐng)域都有著各自的應(yīng)用并起著至關(guān)重要的作用。智能材料在當(dāng)今已出現(xiàn)了具體的應(yīng)用實(shí)例，例如，最典型的一個(gè)研究實(shí)例就是來(lái)自美國(guó)費(fèi)城的建筑師斯蒂芬·基蘭和詹姆斯·廷博萊克研發(fā)設(shè)計(jì)的叫做“智能皮”的新型建筑材料。

智能材料的分類(lèi)有很多種，在建筑領(lǐng)域最常用的是根據(jù)智能材料模擬生物行為的模式將其分為智能傳感材料、智能驅(qū)動(dòng)材料、智能修復(fù)材料和智能控制材料四類(lèi)。最主要的體現(xiàn)是在綠色建筑領(lǐng)域的智能混凝土（即我們所說(shuō)的自修復(fù)混凝土，自調(diào)節(jié)混凝土和自感應(yīng)混凝土），智能乳膠漆（通過(guò)室內(nèi)外光線的變化來(lái)改變墻體的反射亮度，起到溫室內(nèi)采光的作用），智能玻璃（建筑玻璃材料的主體）和智能涂料（有吸收能力，主要用來(lái)吸收煙味或其他一些不好的氣味）。其中，我國(guó)的沈榮大等人研究的一種對(duì)壓力敏感的壓敏混凝土材料，就具有極大的特性和實(shí)用性，這些將碳素纖維復(fù)合材料與光纖傳感器結(jié)合形成的結(jié)構(gòu)，計(jì)劃應(yīng)用于三峽等一些國(guó)家工程的重要位置。

5、總結(jié)

如今，在對(duì)智能材料的特性有了更深一步的研究了解后，其應(yīng)用前景愈發(fā)寬闊。尤其是在建筑領(lǐng)域，結(jié)合智能材料發(fā)展的智能建筑，對(duì)傳統(tǒng)建筑的安全性與適用性方面都有了極大的提升，隨著人類(lèi)對(duì)生活及工作環(huán)境需求程度的提高，具有節(jié)省性、綠色性、樸實(shí)化、系統(tǒng)化、自動(dòng)化和智能化特性的智能建筑逐漸成為一種時(shí)代需求，智能材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用不斷的拓寬，智能建筑將是未來(lái)建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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