①自然界在億萬(wàn)年的演化過(guò)程中孕育了各種各樣的生物,每種生物都擁有神奇的特性和功能。通過(guò)研究、學(xué)習(xí)、模仿來(lái)復(fù)制和再造某些生物的特性和功能,將極大地提高人類(lèi)對(duì)自然的適應(yīng)和改造能力,產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。這樣,一門(mén)綜合性的學(xué)科??仿生學(xué)便應(yīng)運(yùn)而生了,F(xiàn)代仿生學(xué)已延伸到很多領(lǐng)域,建材仿生是其應(yīng)用領(lǐng)域之一。而功能仿生建材又是建材仿生的突出代表。
②研制功能仿生建材的目的是使人造的材料具有或能夠部分實(shí)現(xiàn)高級(jí)動(dòng)物豐富的功能,如思維、感知等,也就是說(shuō)能夠研制出智能化材料。
③解剖學(xué)研究表明,動(dòng)物或人的皮是具有多功能結(jié)構(gòu)的典型智能生物材料之一,具有可彎曲變形、調(diào)節(jié)溫度、防水、阻止化學(xué)物質(zhì)和細(xì)菌進(jìn)入及自修復(fù)等功能的復(fù)雜層狀組織。人們從這里受到了啟發(fā),在一些高層建筑上,應(yīng)用恰當(dāng)?shù)难b飾材料,將風(fēng)、光等對(duì)建筑產(chǎn)生負(fù)面影響的能量,轉(zhuǎn)化為高層建筑環(huán)境所需能量的一部分,化害為利,變廢為寶,創(chuàng)造更富有活力的生存與行為環(huán)境,并滿(mǎn)足節(jié)能的要求。如比利時(shí)首都布魯塞爾馬蒂尼大廈的建筑師和工程師,模仿變色蜥蜴的皮膚對(duì)環(huán)境能做出反應(yīng)的特點(diǎn),在建筑界面外裝置一層遮陽(yáng)百葉作雙層皮,通風(fēng)管道置于雙層皮中。夏天可阻擋陽(yáng)光,減少冷氣負(fù)荷,冬天雙層皮又可用作日光采集器,加熱空氣預(yù)熱空調(diào)。這樣既達(dá)到了裝飾的目的,又達(dá)到了節(jié)能的目的。建筑物的防水材料一直是個(gè)難題,而人和動(dòng)物的皮膚具有很好的防水性能。汗液可以滲透出來(lái),外面的水卻透不進(jìn)去。這一巧妙功能,促使人們正在探索皮膚微觀結(jié)構(gòu)的奧秘,它將為解決建筑防水問(wèn)題開(kāi)辟新的途徑。
④荷葉出污泥而不染,歷來(lái)為世人所稱(chēng)贊,人們利用這種“荷葉效應(yīng)”,研制出各種自潔凈、防污漬材料和涂料,如自潔凈玻璃,還有利用自潔凈技術(shù)生產(chǎn)出的涂層涂覆在水龍頭、門(mén)窗等不會(huì)沾上手印及污漬等。
⑤目前建筑物所使用的承重材料主要是鋼材、木材、石材、混凝土以及鋼材和混凝土的組合材料,這些材料的彈性模量大,即剛度較大,在外力作用下的變形幾乎用肉眼看不出來(lái)。多數(shù)材料在接近極限荷載時(shí)發(fā)生突然破壞,使得人們無(wú)法進(jìn)行破壞前的預(yù)防。而生物體的功能之一就是能向外界傳達(dá)自身的異常狀態(tài)。例如人體,當(dāng)睡眠不足的時(shí)候,眼睛會(huì)充血;體內(nèi)被病菌感染時(shí),體溫會(huì)上升發(fā)燒等等,這些都是對(duì)自身的異常狀態(tài)向外傳遞信號(hào)。具有自我診斷、預(yù)告破壞功能的材料就是在這種思想的啟發(fā)下進(jìn)行研究的。
⑥功能仿生材料更加高級(jí)的功能還有自我調(diào)節(jié)和自我修復(fù)功能。即材料能夠根據(jù)外部荷載的大小、形狀需求等,對(duì)自身的承載能力、變形性能等進(jìn)行自我調(diào)整,符合外部作用的需要,這種性能就是自我調(diào)節(jié)功能。自我修復(fù)功能是指材料本身具有類(lèi)似于自然生物的自我生長(zhǎng)、新陳代謝的功能,對(duì)遭受破壞或傷害的部位能夠進(jìn)行自我修復(fù)、自愈再生,這樣建筑物的壽命可大大延長(zhǎng),安全性也會(huì)得到很大程度的增強(qiáng)。
⑦智能建材的探索和研究雖然還剛剛起步,但是隨著材料科學(xué)、電子技術(shù)以及自動(dòng)控制手段的不斷進(jìn)步,必將不斷取得新的進(jìn)展,未來(lái)的建筑及所用的材料將走向智能化。
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