智能材料是什么？

與傳統(tǒng)材料相比，智能材料是近年來出現(xiàn)的創(chuàng)新材料，可以給許多行業(yè)帶來好處。智能材料的其它名稱包括智能材料、自適應(yīng)材料和活性材料。與幾個世紀(jì)以來在建筑等領(lǐng)域使用的傳統(tǒng)材料相比，智能材料的主要區(qū)別在于它們對環(huán)境變化和輸入的響應(yīng)能力。輸入可包括機(jī)械應(yīng)變、磁場或電場變化、溫度和pH值、光和濕度。

智能材料根據(jù)其響應(yīng)的輸入類型和輸出類型進(jìn)行分類。這些材料包括形狀記憶合金、磁性伸縮材料、壓電材料、電流變流體和電致變色材料。他們中的許多人在過去的幾十年里發(fā)展起來。

智能材料在建筑中的應(yīng)用。

由于21世紀(jì)建筑業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)，人們對智能材料的興趣在過去的十年里不斷增加。目前，在幾個創(chuàng)新研究領(lǐng)域生產(chǎn)新材料，在不久的將來，這些材料可能會從根本上改變建筑的建造方式。

與傳統(tǒng)混凝土相比，智能混凝土是混凝土和碳纖維的復(fù)合材料，它能檢測微小的結(jié)構(gòu)缺陷，并具有較高的強(qiáng)度。該材料的電導(dǎo)性能在加載和卸載過程中會發(fā)生變化，從而提高其電導(dǎo)性能。

智能化混凝土已經(jīng)被探索用于電磁屏蔽和道路應(yīng)用，它可以作為智能交通傳感器來監(jiān)測人行道上的車輛流量和數(shù)量。另外，智能化混凝土還可以用于高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施，通過通電融化積雪。

智能材料已經(jīng)應(yīng)用于建筑健康監(jiān)測、振動控制、安全和降噪等領(lǐng)域。用于提高居民和資產(chǎn)的效率和舒適度。嵌入式光纖已被探索用于海洋和鐵路運輸?shù)膽?yīng)變監(jiān)測。

超彈性智能材料可用作修復(fù)混凝土裂縫的加固元件。橋梁、海上石油鉆井平臺等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施可采用嵌入式光纖和智能材料，監(jiān)測問題區(qū)域，保證結(jié)構(gòu)完整性。

這些創(chuàng)新材料可以用來建造智能橋梁，因為它們可以避免振動和環(huán)境壓力(如風(fēng)或地震)的最壞影響，所以只需要更少的維護(hù)。在這些建筑中，反應(yīng)可以得到更好的監(jiān)控和評估。

智能材料所面臨的主要挑戰(zhàn)。

盡管這是建筑行業(yè)一個令人興奮的創(chuàng)新領(lǐng)域，但在智能材料的廣泛使用得到充分實現(xiàn)之前，前面的道路上還存在著許多挑戰(zhàn)。在建設(shè)成本、政府政策、維護(hù)、審批時間、系統(tǒng)優(yōu)化、缺乏共識、代表行業(yè)主要參與者不愿充分發(fā)揮智能材料潛力等方面存在一些障礙。

近年來，對智能建筑的定義進(jìn)行了幾項研究，揭示了對這一定義應(yīng)該是什么缺乏共識。缺乏影響智能建筑范圍的具體標(biāo)準(zhǔn)。新材料、技術(shù)和方法的使用增加了智能建筑項目的復(fù)雜性。因此，這將導(dǎo)致更高的成本和更大的培訓(xùn)需求。另外，由于智能建筑的獨特性和特性，設(shè)計可能需要改變。它還包括在項目設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的不可預(yù)測的情況。

用戶期望也與建筑元素設(shè)計有關(guān)。這些期望，如舒適、安全、健康、環(huán)境問題和好處，都需要在項目設(shè)計過程中進(jìn)行管理。此外，投資回報率和成本最小化等所有者的需求也必須考慮在內(nèi)。

由于各種因素，智能建筑項目的成本可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)建筑，盡管一旦安裝，智能系統(tǒng)和材料可以提供潛在的長期成本節(jié)約。為了保證最佳的成本效益，有必要平衡這些成本。

從2022年開始，研究發(fā)現(xiàn)，政府政策是使用智能材料和建造智能建筑的主要障礙。由于其固有的官僚主義，監(jiān)管體系并不以促進(jìn)創(chuàng)新和競爭而聞名，有時會以相對緩慢的速度發(fā)展。

智慧城市與智能建筑的概念有關(guān)，它匯集了許多工業(yè)4.0技術(shù)和新的思維方式，以形成一個高效的城市地區(qū)，改善居民的生活。為了充分實現(xiàn)智慧城市的概念，政府政策必須集中在不斷變化的智能基礎(chǔ)設(shè)施管理領(lǐng)域，這在一些關(guān)鍵方面仍然缺乏。在很大程度上，智能建筑是在沒有必要的智能基礎(chǔ)設(shè)施的情況下建造的，這限制了該地區(qū)的潛力。此外，建筑行業(yè)對改變傳統(tǒng)工作方式的抵制并不以廣泛的培育和創(chuàng)新而聞名?？梢?，要想在全球范圍內(nèi)應(yīng)用智能材料，必須克服許多關(guān)鍵的建筑挑戰(zhàn)。

走向未來的建筑智能材料。

智能材料和系統(tǒng)可以幫助建造更堅固、更耐用的建筑，提供實時監(jiān)控機(jī)械適應(yīng)性、環(huán)境變化和居住者的舒適性和安全性。如何強(qiáng)調(diào)這些優(yōu)勢對于單個建筑和更廣泛的智能城市概念的重要性并不過分。

雖然存在一些障礙，但是這些先進(jìn)和創(chuàng)新材料在建筑行業(yè)的應(yīng)用，為未來的城市設(shè)計和基礎(chǔ)設(shè)施項目提供了巨大的潛力。建筑業(yè)也必須如此，隨著社會的不斷發(fā)展，以應(yīng)對人口增長、快速城市化、氣候變化和消費者期望的不斷變化。如果開發(fā)和部署得當(dāng)，智能材料可以幫助滿足世界各地的這些需求。

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