智能材料及其在绿色建材中的应用

王天宁

摘 要：在电子技术和材料科学不断进步发展的社会中，建材中的智能材料的应用也不断的向智能化发展方向迈进，同时，智能材料也将成为建材建设当中的主要应用材料。智能材料的起源源自于仿生学，是对自然生态环境中存在的特殊物质进行充分利用和提取，从而研制出的一种高效建筑材料，随着建材建设的良好发展，智能材料也将演变为全球化研究的焦点。本文主要通过智能材料的应用和特点做出詳细分为，为其在绿色建材中的应用提出了有意义的参考价值。

关键词：智能材料；绿色建材；建材应用

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

0 引言

伴随着材料科学不断发展变化的现今时代，建材建设中的使用材料也不断的向智能化方向发展，“智能材料”的开端是通过对大自然当中存在的特殊物质进行模仿和提取从而研发的为人来使用便利而制造生产出来的，智能材料的主要研发目的是要生产一种“活”的材料，因此，方便人们使用，给人们的生活带来了极大的便利。智能材料本身具有着感知性和记忆性，同时适应性和修复性能力较强，与传统的功能材料存在着很大的差别，智能材料的使用利端是可以通过材料本身的感知从而得到外界的一切信息，根据所得到的信息做出相应的判断和处理，能实现自我诊断和调节的功能。因其具有一定的特殊性，并且优越于传统的原材料，所以，在现今已然成为了绿色建材当中的主要使用材料。

1 智能材料的内涵及指导思想

智能材料具有的主要内涵就是感知功能，这种功能性质的存在能对外界的一些现象或者状况作出做出感知，例如光、电、热等的外界现象都能做出一定的感知能力。再有一点就是，智能材料具备驱动功能，对于外界复杂的变化情况可以做出相应的选择和控制，能够“活”性的记录对外界的一切记忆。其次，智能材料具备自我调节的功能，可以按照设定的方式进行相应的相对的选择，其反应灵敏度极高，可以迅速合理的做出选择，在外部刺激得到控制的情况下，还能以最快的速度恢复到原始的工作状态当中。

智能材料的指导思想具有两大特点，即智能材料的功能修复性和仿生性。第一，职能材料的功能性能对外界的一切因素和特征做出感知，并能够及时反馈问题，例如，在外界环境发生了变化或者负载，以及外界辐射变化时，都能根据相应的外界变化因素做出相应的感知，同时，将所得到的外界信息及时反馈回系统当中，其次，对于反馈得到的信息能进行相应的识别，并且根据得到的外界信息进行积累，因此，在外界环境发生变化时，可以更及时的做出相应的调节，并且能针对外界信息存在的问题做出处理和分析，然后，通过智能材料本身具备的自我修复功能对其问题作出完善和调整，因此，给智能材料系统的控制做出了规范性处理。第二，智能材料具有仿生性，通过对自然生态环境中存在的特殊功能进行模仿，从而实现了智能材料的“活”性。

2 智能材料的工作原理

智能材料的组成由基本材料、敏感材料、驱动材料、其他功能材料以及信息处理器这五部分组成。基本材料的工作原理具有着承载的作用，一般使用的都是轻质性材料，或者是高分子材料和抗腐蚀性强以及金属性材料材料为主，其这种材料的选择以轻质合金为首选。敏感材料的工作原理和传感任务相同，起到的作用是可以感知外界环境的变化（外界压力、气温、电磁场、ph数值）同时，让材料记忆和变化的特点达到一个很好的适应能力。驱动材料的工作原理是在一定的条件下对材料进行合理控制以及做出相应的应变措施，因此，具有着控制性功能，其控制的材料包括压电材料和光纤材料、记忆性材料等，这些控制材料的有个特殊点，就是即使驱动性材料还是敏感性材料。其他功能材料包含了电材料。磁性材料以及光纤材料等。传感器的工作原理就是整个工作的主要核心，是最主要的一部分，其主要作用是能对传感器输出的信号进行相应的判断和处理。

3 智能材料的分类类型

智能材料可以按照功能性或者来源来进行分类。功能性分类的话可以分为光导纤维、压电、电流变体、形状记忆合金以及电致伸缩材料等几种；若是按照来源来进行分类的话，智能材料可分为金属性智能材料、无机非金属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”模式将其进行分类，即：

3.1 智能传感材料

智能传感材料是智能结构的必要组成部分，其可以对电磁等外部因素进行有效的监测，并且同时利用感知能力和反馈能力将外部信息快速的传递到系统当中。在智能传感材料当中，有一部分是较为典型的传感材料，例如，压电材料、微电子传感器以及光纤等。在典型的传感材料中，光纤材料的使用是较为力普遍的一种材料，光纤可以在正常的情况下获得到被测结构所有的物理参数，像温度和形状，以及电场等都可以获得相应的数据。

3.2 智能驱动材料

在现今的绿色建材使用当中，使用较为普遍的只能驱动材料有形状记忆合金或者是电粘性液体等，只能驱动材料的使用可以对外界的温度或者电场及磁场的变化做出相应的感知，其次，对产生的形状、位置、频率、以及机械的特殊性质做出相应的相应，因此，在绿色建材建设当中使用相对较为广泛。

3.3 智能修复材料

智能材料的起源就是来自于仿生学，对于智能修复材料的使用就是利用模仿动物的骨组织结构和受伤之后的再生特点进而生产出来的一种材料，智能修复材料主要采用的是粘接性材料和基材相复合的方法制作出来的，智能修复材料的最大特点是可以将损坏的材料进行修复和再生，恢复后的状态可以达到原材料的基本状态，甚至是超过破损前的原材料。

3.4 智能控制材料

智能控制材料可以对智能传感材料进行信息反馈，且具有记忆性质，同时还能储存记忆和判断决定的一种能力，可以将智能驱动材料进行控制和修正，智能控制材料的主要代表是微型计算机，微型计算机利用专门程序来进行控制计算。智能控制材料的整个制作过程当中，相当于模仿人的大脑来进行工作的，具有较强的处理问题能力，同时，对于解决复杂问题使可以多方位的采取相应措施。

4 绿色建材建筑中的智能材料

4.1 智能混凝土

在绿色建材当中的只能材料首要就包括了混凝土，其智能混凝土共分为三种，①自感应混凝土；②自调节混凝土；③自修复混凝土。混凝土的本身不具有自感应功能，自感应混凝土的由来是由混凝土基材中复合部分导电相致使了混凝土具备了自感功能。在现今社会中常见的导电组共有三类：1）聚合物类导电组；2）碳类导电组；3）金属类导电组，这三种导电组最常用的就是金属类和碳类这两种。金素类的导电组包括了金属微粉末、金属纤维、金属片、网等，碳类导电组包括了石墨、碳纤维、炭黑。其中，碳纤维混凝土具有着明锐性和一定的温蒂，可以对建筑内部以及周围的温度变化做出监测，同时，碳纤维混凝土复合材料的电阻变化和内部结构变化是相辅相成的，这种碳纤维混凝土的使用可以实时，有效的监控到施工中的一切状况以及动态荷载的内部情况，如果出现了荷载的情况发生，碳纤维混凝土可以随着荷载疲劳的程度一同降低，同时，对混凝土材料的疲劳损伤进行实时监测。

4.2 自调节混凝土

在混凝土结构负荷的正常情况下，同时还应该具备抗外界恶劣环境影响的抗干扰能力，以此为首要目的，进而调整混凝土的承载能力和结构震动能力。混凝本质是惰性材质，要想使其具有自调能力，需要对其加入相对的驱动功能材料，随着科学的进步发展，演变出了电流变体这项功能，其可以通过外界电场来操控混凝土的粘性，以及弹性等。在混凝土中加入电流变体，从而对电流变体的流变作用加以利用，就可以有效的抵挡外界恶劣环境，调整期内部的流变也行，改变结构上的自震频率。当遇到特殊性建筑时，例如画展或者博物馆的时候，也可通过自调节混凝土对其室内环境进行实时监测，根据实际情况作出相应调整。

4.3 自修复混凝土

自修复混凝土从字面理解就是可以进行自我修复的一种材料，这种混凝土是由动物受伤能进行自我修复从而演变出来的，这种混凝土主要采用的是粘接材料和基材相复的一种方式来制作的，对受损的材料可以起到自行修复的一种能力，或者修复完成后超过原材料的一种复合型材料。

4.4 智能乳胶漆

智能乳胶漆具有防水，防冻以及抗清洗等功能，其次，还具备了根据不同的环境和温度自动调节室内采光的功能，对室内光线问题的解决上起到了推动性作用。这种胶漆的使用是采用了“逆光可变剂”“复合高分子稳定剂”等产品而研发的，让胶漆具有了智能化，对于智能乳胶漆的自动感应外部环境方面，则是采用了复合高分子稳定剂与ANGUS和THOR添加剂让其具有一定的感知能力，可以自行调节。

4.5 智能玻璃

在绿色建材建筑的工程中，智能玻璃材料的合理应用给人类的生活以及建筑工程带来了举足轻重的推动性作用，智能玻璃的应用一方面在能源结构方面给人们生活带来了空前绝后的效应，另一方面，成为了建筑工程中的一个主题应用智能化材料。这种智能玻璃的作用可以给建筑工程减少相应的成本，同时，玻璃光导纤维、光致变色玻璃以及电致变色玻璃的应用给绿色玻璃建筑事业带来了新式改革。

5 智能材料在绿色建材中的实际应用

由美国的一位研究博士曾研制出一种“智能皮”的新型智能材料，这种智能材料在价格方面相当合理，其次，在功能上面也非常多样化，可以将白天吸收的热量在晚上释放出来，同时，其表层还有机光电太阳能点出，了一位内部的照明系统储备点量。

6 总结

智能材料在绿色建材当中的使用和研究仍处于发展阶段，从而需要讨论界的学者们以及建筑界的相关人士们作出进一步的研究和探讨。其次，将智能材料合理利用，就可以为建筑工程带来非同凡响的推动性作用，通过上文可以看出，智能建材与绿色建材建筑有着相辅相成的紧密关系，“打铁还需自身硬”，破解智能材料开拓途径，既需要设计人员努力提升产品质量，又需要政府大力扶持，出台扶持政策，加大宣传[7]，随着未来社会的不断发展，以及建筑行业的不断扩大，智能材料的应用也将会得到更广阔的发展领域。

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