“变色龙”建材：冷了脱，热了穿，高楼大厦实现控温自由！

出品：科普中国

作者：石雾遥

监制：中国科普博览

当我们感知外界冷暖时，会通过增减衣物维持体温。你知道吗，不光人类可以这样，智能化的建材也实现了在低能耗的条件下“脱一层”“穿一层”保持建筑物恒定的温度，让我们一起来看看它是怎样实现的吧！

建筑群

（图片来源：veer图库）

新型“变色龙”建材横空出世

研究人员利用电化学及光学的相关知识巧妙地设计了这样一种智能化的建筑材料，可以根据外界温度的变化发生化学反应来改变自身的颜色以释放或吸收能量，类似“变色龙”。

材料的内部含有可以在固体液体两种构象转换的层，分别是可以保留红外能量使温度升高的固体铜以及可以发射红外线使温度降低的电解质水溶液。当材料周围的温度发生变化时，赋予材料少量的电便可使金属颗粒发生化学变化，进而调控材料内部的纳米颗粒沉积形貌，最终改变材料对于红外热辐射的发射率实现对温度的调节。

材料变色示意图

（图片来源：参考文献1）

到了炎热的夏天，建筑材料可以释放出超过90%的红外线热量使建筑物内部温度降低。而到了寒冷的冬季，便只会发射不超过10%红外线以维持建筑物内部的温度。在此变化过程中所需的电量极低，可以节省取暖能耗的8%左右。有了这种材料，就可以在一定程度上减少天气突变给我们带来的不便。

目前科研团队只研发了不超过十厘米宽的材料碎片，材料的组装、商品化及更好的制造材料的方法还在不断的探索中，相信智能材料时代的到来会为可持续发展的未来做出更大的贡献。

材料碎片

（图片来源：参考文献1）

还有哪些节能环保建材？

节能型玻璃

建筑物中玻璃占的面积较大，通过玻璃损失的能量可以达到整个建筑物能耗的一半。夏天烈日产生的强太阳能辐射会透过玻璃使室内的温度升高，冬季室内的热量可以通过玻璃释放到外界。可见，使用节能控温玻璃至关重要。

花样百出的智能化控温玻璃已进入市场。通过在玻璃中添加特殊材料制作而成的变色玻璃在受到太阳光照射后，玻璃的颜色会发生变化，进而影响透光率以实现室内温度的控制。使用高强度粘结剂将多片玻璃与铝合金框架粘结制作的中空玻璃具有良好的隔热效果，在冬季室内的温度可被很好地维持。

此外，在玻璃外镀具有不同功能的膜产品也能实现对光的透过及反射的智能化控制，能有效的增加室内的热能。低辐射、热反射等多种功能的玻璃层出不穷，极大地助力节能减排。

节能型玻璃

（图片来源：veer图库）

高性能混凝土

混凝土在建筑材料中最常使用。高性能混凝土的使用节约了大量的水泥和钢材，进一步减少了二氧化碳等有害物的排放。

多种功能性的物质也被添加到混凝土中，比如掺入二氧化钛可吸收空气中的有害物质。此外，研究人员研发了包含磷光材料的水泥混合物来代替传统的混凝土，此材料在白天吸收阳光，在晚上可以照亮，从而实现节能。

混凝土

（图片来源：veer图库）

竹材

竹材是一种天然的有机高分子聚合物，主要由薄壁细胞和维管束组成。竹材的抗冲击性及抗震性强，其内部空腔的结构使其热传导效率远低于混凝土。竹材结构内部通常填充保温棉，因此其保温隔热性能要远好于传统的混凝土，住宅的能耗会大大降低。

竹材

（图片来源：veer图库）

结语

在2021年，建筑行业相关的能源消耗便超过了全球能源消耗的30%，二氧化碳的排放也达到了100亿吨的当量，占温室气体总量的10%。

在这样的大环境下，低碳、环保、节能、绿色的建筑材料的使用对于全人类的可持续发展至关重要。随着科技的进步，更多智能化的建材也必会被人类使用。我们的生活离不开建材，那么，就从选择绿色环保建材开始，共同维护我们美好的家园吧！

编辑：孙晨宇

参考文献：

[1] Chenxi Sui, Jiankun Pu, Ting-Hsuan Chen, et al. Dynamic electrochromism for all-season radiative thermoregulation. Nat Sustain (2023). https://doi.org/10.1038/s41893-022-01023-2.

[2]蔡绮婷, 吴燕婷. 推进绿色建材应用 构建产城融合低碳发展新格局[J]. 市场监督管理, 2022(18):1.

[3]吴振兵. 绿色建筑材料在建筑工程施工中的应用[J]. 工程与建设, 2022(003):036.

[4]张挺. 基于生态城市理念的低碳建筑管理体系研究[J]. 城市建筑, 2017(8):1.