智能材料及其在綠色建材中的應(yīng)用

王天寧

摘 要：在電子技術(shù)和材料科學(xué)不斷進(jìn)步發(fā)展的社會中，建材中的智能材料的應(yīng)用也不斷的向智能化發(fā)展方向邁進(jìn)，同時，智能材料也將成為建材建設(shè)當(dāng)中的主要應(yīng)用材料。智能材料的起源源自于仿生學(xué)，是對自然生態(tài)環(huán)境中存在的特殊物質(zhì)進(jìn)行充分利用和提取，從而研制出的一種高效建筑材料，隨著建材建設(shè)的良好發(fā)展，智能材料也將演變?yōu)槿蚧芯康慕裹c。本文主要通過智能材料的應(yīng)用和特點做出詳細(xì)分為，為其在綠色建材中的應(yīng)用提出了有意義的參考價值。

關(guān)鍵詞：智能材料；綠色建材；建材應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.063

0 引言

伴隨著材料科學(xué)不斷發(fā)展變化的現(xiàn)今時代，建材建設(shè)中的使用材料也不斷的向智能化方向發(fā)展，“智能材料”的開端是通過對大自然當(dāng)中存在的特殊物質(zhì)進(jìn)行模仿和提取從而研發(fā)的為人來使用便利而制造生產(chǎn)出來的，智能材料的主要研發(fā)目的是要生產(chǎn)一種“活”的材料，因此，方便人們使用，給人們的生活帶來了極大的便利。智能材料本身具有著感知性和記憶性，同時適應(yīng)性和修復(fù)性能力較強(qiáng)，與傳統(tǒng)的功能材料存在著很大的差別，智能材料的使用利端是可以通過材料本身的感知從而得到外界的一切信息，根據(jù)所得到的信息做出相應(yīng)的判斷和處理，能實現(xiàn)自我診斷和調(diào)節(jié)的功能。因其具有一定的特殊性，并且優(yōu)越于傳統(tǒng)的原材料，所以，在現(xiàn)今已然成為了綠色建材當(dāng)中的主要使用材料。

1 智能材料的內(nèi)涵及指導(dǎo)思想

智能材料具有的主要內(nèi)涵就是感知功能，這種功能性質(zhì)的存在能對外界的一些現(xiàn)象或者狀況作出做出感知，例如光、電、熱等的外界現(xiàn)象都能做出一定的感知能力。再有一點就是，智能材料具備驅(qū)動功能，對于外界復(fù)雜的變化情況可以做出相應(yīng)的選擇和控制，能夠“活”性的記錄對外界的一切記憶。其次，智能材料具備自我調(diào)節(jié)的功能，可以按照設(shè)定的方式進(jìn)行相應(yīng)的相對的選擇，其反應(yīng)靈敏度極高，可以迅速合理的做出選擇，在外部刺激得到控制的情況下，還能以最快的速度恢復(fù)到原始的工作狀態(tài)當(dāng)中。

智能材料的指導(dǎo)思想具有兩大特點，即智能材料的功能修復(fù)性和仿生性。第一，職能材料的功能性能對外界的一切因素和特征做出感知，并能夠及時反饋問題，例如，在外界環(huán)境發(fā)生了變化或者負(fù)載，以及外界輻射變化時，都能根據(jù)相應(yīng)的外界變化因素做出相應(yīng)的感知，同時，將所得到的外界信息及時反饋回系統(tǒng)當(dāng)中，其次，對于反饋得到的信息能進(jìn)行相應(yīng)的識別，并且根據(jù)得到的外界信息進(jìn)行積累，因此，在外界環(huán)境發(fā)生變化時，可以更及時的做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并且能針對外界信息存在的問題做出處理和分析，然后，通過智能材料本身具備的自我修復(fù)功能對其問題作出完善和調(diào)整，因此，給智能材料系統(tǒng)的控制做出了規(guī)范性處理。第二，智能材料具有仿生性，通過對自然生態(tài)環(huán)境中存在的特殊功能進(jìn)行模仿，從而實現(xiàn)了智能材料的“活”性。

2 智能材料的工作原理

智能材料的組成由基本材料、敏感材料、驅(qū)動材料、其他功能材料以及信息處理器這五部分組成?；静牧系墓ぷ髟砭哂兄休d的作用，一般使用的都是輕質(zhì)性材料，或者是高分子材料和抗腐蝕性強(qiáng)以及金屬性材料材料為主，其這種材料的選擇以輕質(zhì)合金為首選。敏感材料的工作原理和傳感任務(wù)相同，起到的作用是可以感知外界環(huán)境的變化（外界壓力、氣溫、電磁場、ph數(shù)值）同時，讓材料記憶和變化的特點達(dá)到一個很好的適應(yīng)能力。驅(qū)動材料的工作原理是在一定的條件下對材料進(jìn)行合理控制以及做出相應(yīng)的應(yīng)變措施，因此，具有著控制性功能，其控制的材料包括壓電材料和光纖材料、記憶性材料等，這些控制材料的有個特殊點，就是即使驅(qū)動性材料還是敏感性材料。其他功能材料包含了電材料。磁性材料以及光纖材料等。傳感器的工作原理就是整個工作的主要核心，是最主要的一部分，其主要作用是能對傳感器輸出的信號進(jìn)行相應(yīng)的判斷和處理。

3 智能材料的分類類型

智能材料可以按照功能性或者來源來進(jìn)行分類。功能性分類的話可以分為光導(dǎo)纖維、壓電、電流變體、形狀記憶合金以及電致伸縮材料等幾種；若是按照來源來進(jìn)行分類的話，智能材料可分為金屬性智能材料、無機(jī)非金屬性智能材料或者高分子型智能材料。其次，智能材料可以按照“仿生”模式將其進(jìn)行分類，即：

3.1 智能傳感材料

智能傳感材料是智能結(jié)構(gòu)的必要組成部分，其可以對電磁等外部因素進(jìn)行有效的監(jiān)測，并且同時利用感知能力和反饋能力將外部信息快速的傳遞到系統(tǒng)當(dāng)中。在智能傳感材料當(dāng)中，有一部分是較為典型的傳感材料，例如，壓電材料、微電子傳感器以及光纖等。在典型的傳感材料中，光纖材料的使用是較為力普遍的一種材料，光纖可以在正常的情況下獲得到被測結(jié)構(gòu)所有的物理參數(shù)，像溫度和形狀，以及電場等都可以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

3.2 智能驅(qū)動材料

在現(xiàn)今的綠色建材使用當(dāng)中，使用較為普遍的只能驅(qū)動材料有形狀記憶合金或者是電粘性液體等，只能驅(qū)動材料的使用可以對外界的溫度或者電場及磁場的變化做出相應(yīng)的感知，其次，對產(chǎn)生的形狀、位置、頻率、以及機(jī)械的特殊性質(zhì)做出相應(yīng)的相應(yīng)，因此，在綠色建材建設(shè)當(dāng)中使用相對較為廣泛。

3.3 智能修復(fù)材料

智能材料的起源就是來自于仿生學(xué)，對于智能修復(fù)材料的使用就是利用模仿動物的骨組織結(jié)構(gòu)和受傷之后的再生特點進(jìn)而生產(chǎn)出來的一種材料，智能修復(fù)材料主要采用的是粘接性材料和基材相復(fù)合的方法制作出來的，智能修復(fù)材料的最大特點是可以將損壞的材料進(jìn)行修復(fù)和再生，恢復(fù)后的狀態(tài)可以達(dá)到原材料的基本狀態(tài)，甚至是超過破損前的原材料。

3.4 智能控制材料

智能控制材料可以對智能傳感材料進(jìn)行信息反饋，且具有記憶性質(zhì)，同時還能儲存記憶和判斷決定的一種能力，可以將智能驅(qū)動材料進(jìn)行控制和修正，智能控制材料的主要代表是微型計算機(jī)，微型計算機(jī)利用專門程序來進(jìn)行控制計算。智能控制材料的整個制作過程當(dāng)中，相當(dāng)于模仿人的大腦來進(jìn)行工作的，具有較強(qiáng)的處理問題能力，同時，對于解決復(fù)雜問題使可以多方位的采取相應(yīng)措施。

4 綠色建材建筑中的智能材料

4.1 智能混凝土

在綠色建材當(dāng)中的只能材料首要就包括了混凝土，其智能混凝土共分為三種，①自感應(yīng)混凝土；②自調(diào)節(jié)混凝土；③自修復(fù)混凝土?；炷恋谋旧聿痪哂凶愿袘?yīng)功能，自感應(yīng)混凝土的由來是由混凝土基材中復(fù)合部分導(dǎo)電相致使了混凝土具備了自感功能。在現(xiàn)今社會中常見的導(dǎo)電組共有三類：1）聚合物類導(dǎo)電組；2）碳類導(dǎo)電組；3）金屬類導(dǎo)電組，這三種導(dǎo)電組最常用的就是金屬類和碳類這兩種。金素類的導(dǎo)電組包括了金屬微粉末、金屬纖維、金屬片、網(wǎng)等，碳類導(dǎo)電組包括了石墨、碳纖維、炭黑。其中，碳纖維混凝土具有著明銳性和一定的溫蒂，可以對建筑內(nèi)部以及周圍的溫度變化做出監(jiān)測，同時，碳纖維混凝土復(fù)合材料的電阻變化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化是相輔相成的，這種碳纖維混凝土的使用可以實時，有效的監(jiān)控到施工中的一切狀況以及動態(tài)荷載的內(nèi)部情況，如果出現(xiàn)了荷載的情況發(fā)生，碳纖維混凝土可以隨著荷載疲勞的程度一同降低，同時，對混凝土材料的疲勞損傷進(jìn)行實時監(jiān)測。

4.2 自調(diào)節(jié)混凝土

在混凝土結(jié)構(gòu)負(fù)荷的正常情況下，同時還應(yīng)該具備抗外界惡劣環(huán)境影響的抗干擾能力，以此為首要目的，進(jìn)而調(diào)整混凝土的承載能力和結(jié)構(gòu)震動能力?；炷举|(zhì)是惰性材質(zhì)，要想使其具有自調(diào)能力，需要對其加入相對的驅(qū)動功能材料，隨著科學(xué)的進(jìn)步發(fā)展，演變出了電流變體這項功能，其可以通過外界電場來操控混凝土的粘性，以及彈性等。在混凝土中加入電流變體，從而對電流變體的流變作用加以利用，就可以有效的抵擋外界惡劣環(huán)境，調(diào)整期內(nèi)部的流變也行，改變結(jié)構(gòu)上的自震頻率。當(dāng)遇到特殊性建筑時，例如畫展或者博物館的時候，也可通過自調(diào)節(jié)混凝土對其室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測，根據(jù)實際情況作出相應(yīng)調(diào)整。

4.3 自修復(fù)混凝土

自修復(fù)混凝土從字面理解就是可以進(jìn)行自我修復(fù)的一種材料，這種混凝土是由動物受傷能進(jìn)行自我修復(fù)從而演變出來的，這種混凝土主要采用的是粘接材料和基材相復(fù)的一種方式來制作的，對受損的材料可以起到自行修復(fù)的一種能力，或者修復(fù)完成后超過原材料的一種復(fù)合型材料。

4.4 智能乳膠漆

智能乳膠漆具有防水，防凍以及抗清洗等功能，其次，還具備了根據(jù)不同的環(huán)境和溫度自動調(diào)節(jié)室內(nèi)采光的功能，對室內(nèi)光線問題的解決上起到了推動性作用。這種膠漆的使用是采用了“逆光可變劑”“復(fù)合高分子穩(wěn)定劑”等產(chǎn)品而研發(fā)的，讓膠漆具有了智能化，對于智能乳膠漆的自動感應(yīng)外部環(huán)境方面，則是采用了復(fù)合高分子穩(wěn)定劑與ANGUS和THOR添加劑讓其具有一定的感知能力，可以自行調(diào)節(jié)。

4.5 智能玻璃

在綠色建材建筑的工程中，智能玻璃材料的合理應(yīng)用給人類的生活以及建筑工程帶來了舉足輕重的推動性作用，智能玻璃的應(yīng)用一方面在能源結(jié)構(gòu)方面給人們生活帶來了空前絕后的效應(yīng)，另一方面，成為了建筑工程中的一個主題應(yīng)用智能化材料。這種智能玻璃的作用可以給建筑工程減少相應(yīng)的成本，同時，玻璃光導(dǎo)纖維、光致變色玻璃以及電致變色玻璃的應(yīng)用給綠色玻璃建筑事業(yè)帶來了新式改革。

5 智能材料在綠色建材中的實際應(yīng)用

由美國的一位研究博士曾研制出一種“智能皮”的新型智能材料，這種智能材料在價格方面相當(dāng)合理，其次，在功能上面也非常多樣化，可以將白天吸收的熱量在晚上釋放出來，同時，其表層還有機(jī)光電太陽能點出，了一位內(nèi)部的照明系統(tǒng)儲備點量。

6 總結(jié)

智能材料在綠色建材當(dāng)中的使用和研究仍處于發(fā)展階段，從而需要討論界的學(xué)者們以及建筑界的相關(guān)人士們作出進(jìn)一步的研究和探討。其次，將智能材料合理利用，就可以為建筑工程帶來非同凡響的推動性作用，通過上文可以看出，智能建材與綠色建材建筑有著相輔相成的緊密關(guān)系，“打鐵還需自身硬”，破解智能材料開拓途徑，既需要設(shè)計人員努力提升產(chǎn)品質(zhì)量，又需要政府大力扶持，出臺扶持政策，加大宣傳[7]，隨著未來社會的不斷發(fā)展，以及建筑行業(yè)的不斷擴(kuò)大，智能材料的應(yīng)用也將會得到更廣闊的發(fā)展領(lǐng)域。

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