神奇的“建造元素”

眾所周知，創新總是來源于不同領域知識的融合及其在新的環境背景下的應用。新的可持續性材料的應用與建造方法的發展不可剝離，而且互相影響。我們不僅要關注最少量的建筑能耗，更重要的是，把關注的焦點放在未來對能源和材料如何智能化利用上。

在建筑中利用最新的材料科研發展成果，不僅能夠啟發建筑師的創意，而且也體現了建筑業工作者的環境意識。

眾所周知，創新總是來源于不同領域知識的融合及其在新的環境背景下的應用。新的可持續性材料的應用與建造方法的發展不可剝離，而且互相影響。我們不僅要關注最少量的建筑能耗，更重要的是，把關注的焦點放在未來對能源和材料如何智能化利用上。

未來材料已成為現實，它們存在于日常生活諸多用品中。當我們面臨發展可持續建筑的挑戰時，它們可以幫助我們找到很多答案。問題不在于你選擇哪種材料，而在于哪些可取的特性可以用來應對哪些具體的情況。最終元素的周期表將定義我們的建筑體塊。

以下兩部分描述了兩組神奇的前沿建筑材料。

智能材料

傳統的材料是靜態的，它們通常的功能是抵御外來的影響，例如壓力、拉力和溫度的影響；智能材料則是動態的，因為它們不斷地應對外部影響。這啟發了材料應用新思路：與其被動地建構，使建筑成為氣候的屏障，不如使用智能材料建設樓宇，動態的功能和信息原則上可以在任何地方安裝，量化智能系統可以適應用戶的要求。建筑物可以應對溫度和光線的變化，加強對高峰負荷乃至風暴和地震的承受能力。

智能材料已很大程度存在于我們日常生活中，許多產品都含有監測或反應功能，例如：在強烈日光下可降低透光率的玻璃，在不同溫度下可改變顏色的表面，還有可感知溫度自動開啟或關閉的窗子。

總體來講有兩類智能材料：特性改變材料和能量轉換材料。

1. 特性改變材料

智能材料中通過改變自身性狀以響應外界變化的材料稱為特性改變材料。包括：

變色材料。它們有能力改變自身的光學特性從而改變顏色，深受設計師青睞。它們可因光、熱、壓力、酸度和電力的變化而變化。例如，電致變色玻璃窗可以因電流通過而變暗。

相變材料。它能夠存儲并釋放大量能量，可根據壓力或溫度改變為固體或液體形態，其過程是可逆的，這意味著相變材料可以經過無限多次的狀態轉換而不會退變。例如微囊內裝有的石蠟，在環境溫度作用下產生相變，通過儲存和釋放熱量來調節室溫。

電活化材料。它將聚合物或金屬材料編織為紡織品并可導電。隨著我們這個時代越來越多地使用電子設備，人們對這種便攜材料特別感興趣。

2. 能量轉換材料

將能源從一種狀態轉換到另一種狀態，從而開始一個進程或改變形式的智能材料被稱為能量轉換材料。它們的功能發揮需要得到外部控制的援助。

發光材料吸收能源后產生發光現象，例如已知的自然界磷發光現象，光色可以根據需求調整。我們從被稱為未來能源的用于水下燈的LED光源了解到：光致發光和電致發光材料的使用，都能使原本不發光的物質產生光效應。

壓電晶體受到機械力量影響時會產生一股電流，這種影響是可逆的。如果電流作用于它們，也會改變其內部晶體形態。因此，壓電材料可作為傳感器和驅動器。從建筑設計的角度來看，風動力能源和人類活動產生的動能將可以滿足用電、機械冷卻或其他耗能需求。

形狀記憶材料往往是金屬或聚合物。它們的特性是在發生幾何形變或受到破壞后能回恢復原來的形狀。例如用手術線縫合一根血管，血管在人體體溫作用下會回到它的原始形態，從而“線”也就消失了。

納米技術材料

總的來說納米材料很難分類，其特點是通過向已有天然或人工材料中添加直徑非常小的顆粒物，創造出具有新特性的材料。實際上，這是一種最缺乏傳統“材料性”意義的材料。

首先它是如此不可思議小，1nm 是1m的十億分之一，人類一根頭發平均厚度的十萬分之一。材料在納米尺度下的性質與宏觀尺度大有不同。物質在宏觀條件下產生的機理與影響的范圍，幾乎都可以用普遍存在的物理與化學定理解釋，而在納米世界里，情況則截然不同。在這里，重力影響被中和，而靜電和量子力學的主導作用取而代之。如果能熟練地控制納米級結構，就可以在宏觀尺度上影響性能，從而產生全新的材料和工藝。

納米技術將影響幾乎所有行業，包括建造業。未來幾年之內就能看到納米技術對于傳統建材如混凝土、玻璃、復合材料、絕緣材料甚至木材的特性有明顯改善。材料變得更強、更輕、更耐用、更便宜。換句話說，新材料的發展具有非常光明的未來，這不是投機主義，如今，許多充分利用了納米技術優勢的材料已經出現。

1. 功能表面“薄膜”

它也可以稱為功能膜，因為它是一個具有特殊性能的透明涂料。薄膜使用無處不在，例如，建筑物的外立面可濾掉紫外線從而保護建筑表皮免受日曬而老化的特富隆（聚四氟乙烯）涂層。

荷葉的自潔功能是運用現代技術模仿大自然性能的完美實例。利用納米技術，可以再現荷葉的防水性能。在這之前你可能會認為防水表面應盡可能地平整光潔，但細看之下你會發現荷葉的表面結構是不平滑的。今天，模仿這種結構生產出了自潔玻璃。同時，也正在做改良傳統玻璃性能的實驗，例如完全透明并可降解的纖維素結構薄膜的研發，都將為玻璃薄膜材料提供新的選擇。

2. 生化活性材料

在納米世界里銀也是受歡迎的新材料之一。常態下，銀不易變形，在各種氣候狀況下具有相同的顏色，總體上是一個非常穩定的化學物質。但在非常小的粒子狀態下，納米銀的性質完全不同，它非常容易起反應，化學性質活潑，而且一直用于清潔和消毒表面。

同樣，二氧化鈦作為光觸媒材料在歐洲是新興的材料，其實在日本已被廣泛使用。所謂光觸媒就是在紫外線作用下，形成自潔凈和空氣凈化表面。光觸媒材料可用于立面、屋頂板、橋梁和道路。由于它們的自我清洗性能也被用來維持醫院的無菌，并可為辦公室和餐館凈化空氣。這種表面的使用提高了20%～70%的空氣質量。可以說，如果把它用在城市中建筑的外墻，可以解決煙霧和其他污染引起的問題。

3. 納米固體

納米技術也可以用來制造固體材料，其中一個例子是電子梭，你可以利用電磁場制造紡織品。靜電紡織品的纖維只幾個原子厚度，換句話說，直徑比可見光波長還小，肉眼根本看不見。它們被用于許多情況，從生化活性物質到隔音和空氣過濾。

如今最熱門的納米材料是碳納米管。該材料的特點是基于自然界中最小的“建造單元”——原子。現在可以控制原子的排列方式使他們形成一個直徑1nm的碳原子管。這是一個很好的例子，預示不久顛覆即將到來。今天碳納米管用作添加劑，以加強復合材料和其他結構材料。在不久的將來，納米管可以用來生產幻影材料的“巴基紙”。這是一種用長碳納米管編織并多層疊壓的紡織品。它看起來像普通的紙，重量只有鋼的1/10，但強度卻是鋼的500倍。可以預言，這將改變我們一切建造方式，從高層建筑建設到飛機的制造。

幾十年來，我們一直耳聞納米技術將如何為建造業帶來巨大的變化，然而納米材料至今還只在非常有限的范圍內得到應用。一方面因為它的成本高，缺乏可從參考項目中獲得的經驗。另一方面，沒有清晰明確的任務目標刺激其發展，而這個任務就是我們面臨解決由建造產生的環境問題的壓力。技術只是實現目的的一種手段，然而真正的挑戰是如何發掘人類對新材料發明運用的潛力。