工程师和建筑师最期待的10大以后建筑技术Word格式文档下载.docx
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事实上,它是水以后地球上第二大消费品。
试想一下咱们每一年有多少的混凝土住宅、办公楼、教堂和桥梁建成呀。
混凝土有廉价和普遍适应性等优势,但也容易开裂，在极热和极冷环境下抗压性能会恶化。
过去修复有裂痕的混凝土的唯一途径确实是修补它、增强它,或把它敲下来从头开始。
但以后将不需在如此了。
2020年,罗德岛大学的研究生和化学工程教授创建了一种新型“智能”混凝土，能够“智能”修复自身的裂痕。
这是因为混凝土混合物中嵌入了微型水玻璃胶囊。
当裂纹产生时,胶囊破裂并释放一种凝胶状愈合剂,变硬填补间隙，实现自我修复。
这不是自修复混凝土的唯一修复方式。
其他研究人员利用细菌或嵌入玻璃毛细管或聚合物微胶囊达到类似的成效。
但是,罗得岛大学的研究人员以为他们的方式是最划算的。
延长混凝土的寿命能带来庞大的环境效益。
目前世界范围内的混凝土生产占全世界二氧化碳排放的5%。
智能混凝土不仅会使咱们的结构更平安，也能够减少温室气体的排放。
Top9碳纳米管
碳纳米管具有比地球上其它任何材料都高的比强度,能够拉伸超过厚度的一百万倍。
一纳米（nm）只有一米的十亿分之一，这是微乎其微的小。
一张纸的厚度是100,000nm。
人的指甲的生长速度大约1nm每秒。
即令人的DNA链也只是nm宽。
如此看来构造“纳米”级的材料似乎是不可能的。
但科学家和工程师通过利用电子束光刻技术等尖端技术，已经成功的制造出壁厚只有1nm的碳纳米管。
当大的粒子变小时，其比表面积在不断增加。
这些碳纳米管具有比地球上其它任何材料都高的比强度,能够拉伸超过厚度的一百万倍。
碳纳米管的质量之轻和强度之高,使它们能够嵌入到其他金属、混凝土、木材和玻璃等建筑材料中来增加材料密度和抗拉强度。
工程师们乃至尝试在建筑材料加入纳米传感器,如此能够在材料破裂和开裂之前监测出来。
Top8透明铝材
透明铝材能够需要更小的内部支撑来建造挺拔的玻璃幕墙摩天大楼。
几十年来,化学工程师梦寐以求一种结合了金属的强度和耐久性的与玻璃般透亮的材料。
如此一种“透明金属”能够在内部支撑更少时来建造挺拔的玻璃幕墙摩天大楼。
军事建筑能够安装这种薄而透明的金属窗户经受起最高级的炮火的解决。
想象一下用这种材料建造出的庞大的水族馆会是一幅如何的景象!
早在1980年代,科学家们就开始实验一种新型由铝、氧和氮混合粉体制得的陶瓷。
陶瓷通过热处置和冷却的进程取得的硬度很高的晶体材料。
他们将混合铝粉置于庞大的压力之下,在2000℃（3632F）高温加热数天,最后抛光生产出透明如玻璃一样又兼具铝的强度的新材料。
这种被以为是透明铝材或ALON的太空材料已经用于军队生产装甲窗户和光学透镜。
Top7透水混凝土
较大颗粒和缺砂透水沥青（如下图）产生很多彼此联通的间隙,许诺水通过地表,能够减少雨水径流。
（来源：
BanksPhotos/E+/GettyImage）
当暴风雨袭来，会有成片的雨水落下来，浇落到马路、便道和停车场上，冲洗起大地表面的碎屑和污染物，把汽油这些潜在危险化学品直接冲到下水道和溪流中。
美国环境爱惜署（EPA）已经确认城市地域的雨水径流是水质污染要紧来源。
自然有自己的方式,从雨水中过滤有毒物质。
土壤是一个庞大的过滤器滤掉金属和其他无机物质。
随着雨水的向下渗透穿过土壤层，微生物和植物根系吸收了过量的化学物质（来源:
ESA）。
了解这点后,工程师们制造出了一种新型的透水混凝土，它能够使雨水透过道路进入土壤,让大自然做它的过滤工作。
透水混凝土由较大颗粒的岩石和沙子组成，使道路中有15至35%的开放间隙。
透水混凝土的石板铺设在砾石或其他多孔基材之上,如此雨水会流入下面的土壤中。
透水混凝土是停车场上沥青的一个专门好的替代品。
它不仅能够显著减少径流,其浅颜调还能够反射阳光，在夏天维持凉爽。
Top6气凝胶隔热材料
放在樱花上的气凝胶碳海绵，它比氦气还轻，却能够吸收自重250-900倍的油。
若是米爽朗基罗闻名的大理石雕像大卫是由气凝胶组成的话,它将只有4磅（2千克）！
气凝胶是地球上最低密度的物质之一，是一种泡沫状固体材料，尽管几乎轻如空气确保有固定形状。
有的气凝胶的密度只有空气的三倍，但通常气凝胶是空气的15倍重。
你可能会以为凝胶是如发胶一样湿湿的物质。
事实上气凝胶是通过排除凝胶中的液体制得的。
除去99%到90%的空气之外，剩下的只是二氧化硅结构。
气凝胶是几乎没有重量,可是能够拉长成薄片气凝胶织物。
在建设项目中,气凝胶织物具有“超强隔热”的特性。
其多孔结构使热量很难通过。
测试说明气凝胶织物的隔热能力是传统的玻璃纤维或泡沫绝缘材料的两到四倍。
一旦价钱适中,它就能够够普遍应用于建筑。
Top5温控反映瓷砖
由于桌子具有温度操纵表面，当热的东西放在桌子上面时，桌面就会变色。
只要你是生活在1991年,你就极可能拥有一件超色T恤（Hypercolor）。
利用一个叫热致变色染料的科学奇迹，Hypercolor的设计师制出能够依照体温改变颜色的T恤。
广告中这T恤衫看起来超级酷和性感：
你的女朋友会把她热的手放在你的胸部,留下一个发光的标志。
但在现实中你的躯体最热的部份一般是你的腋窝。
发光的腋窝可不那么超级性感。
现在,一家公司生产着一种玻璃装饰瓷砖，瓷砖表面涂覆一种热致变色染料，能够像“活着”一样随表面温度发生转变。
在室温下,瓷砖是一个滑腻的黑色，但当你接触到瓷砖或有光直射或温水接触时，瓷砖颜色就像北极光一样转变成彩虹般的蓝色、绿色和粉红色。
最酷的应用必然是变色浴室了。
关于移动颜色公司的好消息是屋子可没有令人为难的腋窝。
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Top4机械人群体建筑
2021年在芝加哥美国科学增进会的会议上哈佛大学人工智能学术研究员KirstinPetersen演示了受白蚁启发而开发的机械人。
自然界最巧妙的建筑者之一是不起眼的白蚁。
它用只有沙子一样大小的大脑,与成千上万的同胞们一路工作成立起庞大复杂的泥巴结构。
白蚁引发了哈佛大学机械人研究人员的注意，因为这种昆虫并非是听取来自蚁穴中央的命令，每一个白蚁只是依照基因程序规定的行为工作。
这一群专一的个体在一路制造出了不朽的“泥塑”作品。
受到白蚁启发,哈佛大学自组织系统研究小组的研究人员组建了小型建筑机械人群体进行工作。
四轮机械人能够在空地上通过搬砖、爬墙和铺砖砌出砖墙。
它们有传感器来检测其他机械人的存在并按规那么彼此互不干扰的工作。
就像白蚁一样，没有人“操纵”它们,但它们依照程序同心协作把设计变成现实。
想象一下如此的应用处景:
成群的机械人沿着淹没海岸线建造堤坝墙；
成千上万的微型机械人在火星上建造出空间站，或深海底天然气管道被海里成群游荡的机械人组装完成。
类似的尝试是用一群自主飞行机械人用来构建一个巧妙起伏的砖塔。
Top33D打印衡宇
马义和（左）展现他公司在上海建造的衡宇的3D打印墙体。
他的公司打算一天建造十幢如此的衡宇。
3D打印终于变成了主流。
Makerbot出售的精致（也负担得起）的桌面机械完全能够打印出3D塑料玩具、珠宝、机械零件和假肢。
可是若是你想打印一些比鞋盒更大的东西呢？
你能真实的造出一个足够大的3D打印机打印出一个塑料屋子吗?
答案是确信的。
一家荷兰建筑公司已经启动了一项雄心勃勃的公共艺术项目来建造一幢3D打印的屋子。
但第一他们必需成立起一个世界上最大的3D打印机，称为Kamermaker或“衡宇制造者”。
Kamermaker利用塑料为原料，能够打印出像乐高积木一样的大塑料组件，以后将其组装成大屋子的各个房间。
再一次像乐高积木一样，把各房间固定在一路，加上打印成型的外部设计使衡宇看起来像传统的荷兰式傍水小宅。
同时，一家中国建筑企业也在利用庞大的3D打印机建造衡宇。
那个庞大的3D打印性能喷涂水泥层和建筑废料来组装的衡宇。
这家建筑公司介绍说屋子将花费不到5000美元，而且它一天能够产生多达10套如此的衡宇。
Top2智能公路
若是咱们发明出能够给新能源汽车无线充电的道路，那咱们就再也不需要铺满太阳能电池板的汽车了。
一项最令人兴奋的新方式是道路能够作为电动车的充电器。
一家新西兰公司已经建成一个大型“能源垫”,能够给停着的电动车无线充电。
下一步确实是将无线充电技术嵌入到实际路面里,如此电动汽车能够在行进中充电，而可不能再需要充电站！
其他有趣的方式也可能在以后实现，比如路面吸收阳光发电，或更酷的是把压电材料嵌入道路，捕捉过往车辆的振动能，并将其转换为可用的能源。
Top1CO2建筑
鲍鱼的硬壳启发了MIT的研究人员把鲍鱼用来矿化CO2建筑自身外壳的酶分离出来。
某一天咱们或许能够利用CO2来生产碳砖。
由发电厂和机动车排放出的二氧化碳（CO2）是人造温室气体的最大来源。
每一年，咱们排除超过300亿公吨的CO2到大气中，加速了全世界变暖的危害。
在能源行业进行着的诱捕或“封存”二氧化碳进行地下排放的实验的同时，一组麻省理工学院（MIT）的研究人员已经成功地利用转基因酵母将CO2气体转化为了固体碳基建筑材料。
像哈佛大学的“白蚁”团队一样，麻省理工学院的研究人员也受到了自然的启发，只是这次是鲍鱼。
和其他甲壳类动物一样，鲍鱼能把海水中得二氧化碳和矿物质转化为碳酸钙来构建他们的坚硬如岩石的贝壳。
研究人员分离出鲍鱼用于矿化二氧化碳的酶，并用它改造了一批酵母菌生产。
满满一烧杯的转基因酵母能够利用只有1磅千克）的CO2产生出2磅（1千克）的固体碳酸盐。
想象它们能利用300亿吨的二氧化碳生产出多少碳砖！
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