改变建筑未来的十种新型建筑材料

尽管技术有时会威胁环境保护和生态正义，但有时也能缓解环境危机。越来越多的国内外材料工程师和设计师正在专注于研究自然与技术之间的关系，以开发更可持续的建筑材料。

随着科技的不断发展，

建筑的未来是什么样的？

大胆思考，未来可期。

下面列出了10 项架构创新，

整个建筑环境可能在不久的将来发生变化。

1.石墨烯气凝胶

由中国浙江大学的研究人员开发的石墨烯气凝胶被认为是地球上密度最低的物质之一，它是一种泡沫状固体材料，尽管几乎和空气一样轻，但仍保持固定的形状。有些气凝胶的密度仅为空气的3倍，但通常气凝胶的重量是空气的15倍。

您可能会认为凝胶是一种像发胶一样的湿物质。气凝胶实际上是通过从凝胶中排出液体而制成的。除去90% 至99% 的空气后，剩下的就是二氧化硅结构。气凝胶几乎没有重量，但可以拉伸成气凝胶织物薄片。在建筑项目中，气凝胶织物具有“超隔热”特性，其多孔结构使得热量难以通过。测试表明，气凝胶织物的隔热能力是传统玻璃纤维或泡沫隔热材料的2至4倍。一旦价格实惠，它就可以广泛用于建筑领域。

2. 绿色木炭

目前在建筑中广泛使用的混凝土面临着许多技术挑战。例如，传统的钢筋容易生锈，导致整个复合材料的强度和其他性能下降；此外，混凝土也很难回收，几乎是一次性材料。印度设计与创新学院的Meenal Sutaria 和Shreyas More 设计了一种替代复合材料，由多孔碳、丝瓜纤维、壤土、水泥和空气组成。所选择的每种材料都有其自身的优点：多孔碳质轻，同时可以吸附空气污染物；有机丝瓜络增强复合材料的韧性；而土壤则充当弹性粘合剂并保持稳定的pH值。虽然该材料仍处于原型开发阶段，但它在可生物降解景观墙方面具有广泛的潜在适用性。

3. 纳米材料

纳米技术正在推动材料科学的发展，突破曾经看似不可能的极限。 TRY2004金字塔超级城市概念对东京的发展有很大帮助，但由于工程难度大，只能借助碳纳米管来完成。

当与高强度混凝土结合时，碳纳米管(CNT) 等纳米材料可形成可拉伸材料，无需钢筋，从而加快施工过程。随着其他发展，包括超轻（超强）材料和另一种自修复混凝土，还有更多的可能性。

4. 可编程水泥

混凝土生产是温室气体排放的最大贡献者之一。为了进一步改进混凝土材料，美国莱斯大学的研究人员将目光转向了纳米尺度领域。他们研究了水合硅酸钙（C-S-H）水泥如何结晶，并用它来合成具有特定形状的C-S-H颗粒。研究人员将它们变成立方体、矩形、棱柱体、树突、核壳和菱形，这些形状使它们能够更紧密地堆积在一起。该团队能够通过调整原始种子的浓度、温度和生成过程的持续时间来控制这些最终颗粒的数量、大小和形状。然后，这些信息被映射成统一的形态图，可以与制造商和建筑商共享，使他们能够设计具有特定所需性能的混凝土。

“一个优点是，因为它变得更强，所以不需要太多就能达到之前的效果，”研究人员解释道。 “这是由于立方颗粒的压实效果更好，从而产生了更坚固的微观结构；另一个优点是它更耐用、孔隙更少，这使得它更能隔绝化学品，因此钢的内部更不易受到损坏。”

5. 自修复混凝土

混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料。事实上，它是地球上仅次于水的第二大消耗产品。混凝土具有价格便宜、适应性广的优点，但也容易开裂，并且在极热和极冷的情况下其压缩性能会恶化。

过去，修复开裂混凝土的唯一方法是修补、加固，或者将其推倒并从头开始。但这将不再是必要的。罗德岛大学的研究生和化学工程教授创造了一种新型“智能”混凝土，可以“智能”修复自身裂缝。这是因为混凝土混合物中嵌入了微小的水玻璃胶囊。当裂缝发生时，胶囊会破裂并释放出一种凝胶状的愈合剂，该愈合剂会硬化以填充间隙并进行自我修复。

当然，这并不是修复自修复混凝土的唯一方法。其他研究人员利用嵌入玻璃毛细管或聚合物中的细菌或微胶囊也取得了类似的结果。

延长混凝土的使用寿命可以带来巨大的环境效益。目前，全球混凝土生产量占全球二氧化碳排放量的5%。智能混凝土不仅可以使我们的结构更加安全，还可以减少温室气体排放。

6、温控反光瓷砖

这种温控反光瓷砖也是一项新技术，未来肯定会得到广泛的应用。它的美妙之处在于它可以根据温度改变不同的颜色。

这种温控反光瓷砖是一家名为Moving Color的公司生产的玻璃装饰瓷砖。瓷砖表面涂有热致变色染料，可以随着表面温度的变化而变化，就好像它是“活的”一样。在室温下，瓷砖是有光泽的黑色，但当您接触瓷砖或暴露在直射光或温水中时，瓷砖颜色会变成蓝色、绿色和粉色的彩虹，就像北极光一样。

图中的桌子采用了温控反光瓷砖，因此当桌子上放置热的东西时，桌面会变色。

7.碳纳米管

碳纳米管是目前可用的比强度最高的材料，可以拉伸超过其厚度的一百万倍。

纳米（nm）只有十亿分之一米，非常小。一张纸的厚度是100000nm。人类指甲的生长速度约为每秒1纳米，甚至人类DNA链也只有2.5纳米宽。构建“纳米”尺度的材料似乎是不可能的。但通过使用电子束光刻等尖端技术，科学家和工程师已经成功制造出壁薄至1纳米的碳纳米管。

随着大颗粒变得更小，它们的表面积增加。这些碳纳米管比地球上任何其他材料具有更高的比强度，并且可以拉伸超过其厚度的一百万倍。碳纳米管重量轻且坚固，可以嵌入金属、混凝土、木材和玻璃等其他建筑材料中，以增加材料密度和拉伸强度。工程师甚至正在尝试在建筑材料中添加纳米传感器，可以在裂纹和裂缝发生之前检测到它们。

8.透明铝

透明铝可以建造高耸的玻璃覆盖摩天大楼，但需要更小的内部支撑。

几十年来，化学工程师一直梦想开发一种兼具金属强度和耐用性的玻璃透明材料。这种“透明金属”可以用最少的内部支撑建造高耸的玻璃覆盖摩天大楼。军事建筑可以配备薄而透明的金属窗，以抵御最先进的炮火。早在20 世纪80 年代，科学家们就开始试验一种由铝、氧和氮粉末混合物形成的新型陶瓷。陶瓷经过热处理和冷却过程以获得高硬度的结晶材料。他们将混合后的铝粉置于巨大压力下，在2000C（3632 F）下加热数天，最后进行抛光，生产出一种像玻璃一样透明但具有铝强度的新材料。这种太空材料被认为是透明铝（ALON），已经被军方用来生产装甲窗和光学镜片。

9.二氧化碳建筑

是的，你没有听错，这是一座二氧化碳建筑。乍一看，很吓人。我无法将二氧化碳和建筑物联系起来。但事实上这也是一项新技术。

到底是怎么回事？原来，美国麻省理工学院的一组研究人员最近成功利用转基因酵母将二氧化碳气体转化为固体碳基建筑材料。科学家表示，全球每年约有300亿吨二氧化碳排放到大气中，对环境造成严重污染。他们只需使用1 磅（0.5 千克）二氧化碳即可生产2 磅（1 千克）固体碳酸盐。这样，可以很大程度上减少环境污染。

用这种固体碳基材料建造的二氧化碳建筑真是令人兴奋！

10、机器人群建

自然界最巧妙的建造者之一是不起眼的白蚁。它用沙子大小的大脑与成千上万的“弟兄”合作，建造出巨大而复杂的泥浆结构。白蚁现象引起了美国哈佛大学机器人研究人员的注意，因为这种昆虫不听从蚁群中心的命令。每只白蚁只按照基因程序规定的行为进行工作。

受白蚁的启发，哈佛大学自组织系统研究小组的研究人员组建了一群小型建筑机器人来进行工作。四轮机器人可以在空旷的空间通过搬砖、爬墙、砌砖等方式搭建砖墙。它们拥有传感器来检测其他机器人的存在，并按照规则工作，而不会相互干扰。就像白蚁一样，没有人“控制”它们，但它们按照程序共同努力，将设计变成现实。