出品：科普中國

作者：石霧遙（生物學博士）

監(jiān)制：中國科普博覽

隨著社會的不斷進步以及城市化進程的推進，各類建筑拔地而起、層出不窮。在21世紀的今天，環(huán)境污染問題備受關(guān)注。建筑材料對環(huán)境造成的污染是不容小覷的。

目前，建材中常用的水泥、鋼筋等是靠燃燒燃氣、煤等進行生產(chǎn)的，因此會釋放大量的一氧化碳、二氧化碳等對環(huán)境有毒有害的氣體，影響人類的健康。由此可見，發(fā)展新型綠色環(huán)保建筑材料來替代傳統(tǒng)的材料是十分重要的。

水泥鋼筋

（圖片來源：veer圖庫）

沙塔蠕蟲：環(huán)保建材中的自然力量

2023年9月，我國科學家在《物質(zhì)》雜志上發(fā)表了一項關(guān)于仿生低碳新型建筑材料的文章，這種材料的問世有望為人類帶來綠色環(huán)保的建筑材料，成為建筑節(jié)能減排新利器！

研究成果發(fā)表于《物質(zhì)》雜志

（圖片來源：參考文獻[1]）

為了使建筑材料更加牢固穩(wěn)定，人們通常使用粘結(jié)劑將不同的原料粘連在一起形成塊狀材料。為了更加綠色環(huán)保，目前使用的天然的粘結(jié)劑包括細菌礦化粘結(jié)劑、酶礦化粘結(jié)劑與生物高分子粘結(jié)劑等。這些粘結(jié)劑雖然能實現(xiàn)比較好的粘連效果，但是制作而成的塊狀材料的強度比較低，在實際使用時受限。

沙塔蠕蟲被稱為生物界的“超級膠水”，它們可以分泌帶有正負電荷的蛋白質(zhì)粘液，通過電荷的相互作用實現(xiàn)沙粒的粘連，最終構(gòu)筑成堅固的巢穴。

受此啟發(fā)，科學家們利用帶有正電的季銨化殼聚糖和帶負電的海藻酸鈉制作成天然粘結(jié)劑，利用相異電荷之間及氫鍵等的相互作用完成沙粒等各類固體顆粒的粘結(jié)，最終形成仿生低碳建筑材料的聚集體。

此外，科學家們將這些聚集體進一步在模具中進行固化，2天的時間就能得到可供使用的天然仿生低碳建筑材料。此種材料的制備效率要比在建材中使用的水泥提高10倍以上，而在制造過程中不會產(chǎn)生對環(huán)境污染的廢氣。

仿生低碳材料的設(shè)計思路與結(jié)構(gòu)

（圖片來源：參考文獻[1]）

科學家進一步對仿生低碳建筑材料的機械性能、抗壓縮力、抗彎曲力進行評估。實驗證實，此種材料在抗壓性能上達到了目前規(guī)定的建筑材料要求標準，抗壓強度高達17MPa，具備較好的機械穩(wěn)定性。

此外，此種材料的抗彎曲力也超過了目前市面上常用的無筋混凝土。在經(jīng)過超過100次反復的拆卸后，該材料仍保持了較好的結(jié)構(gòu)完整性。

更驚喜的是，由于此材料作為粘結(jié)劑時主要靠電荷相互作用，而電荷相互作用是可逆的。因此，此種材料可以通過水合作用進行拆解，在室溫下反應2小時，就能實現(xiàn)材料的回收。

可見，此種材料在節(jié)能環(huán)保方面具有獨特優(yōu)勢，并在綠色低碳建筑領(lǐng)域蘊含著巨大的潛力。

仿生低碳建筑材料的性能評價

（圖片來源：參考文獻[1]）

還有哪些綠色環(huán)保的建筑材料?

除了上面介紹的仿生低碳建筑材料以外，科學家們還研制出了許多性能優(yōu)且極具環(huán)保性的建筑材料。這些材料有的可以自主控制溫度的變化，有的甚至還能發(fā)光！是不是已經(jīng)迫不及待想了解了？那么我們就一起往下看吧！

科學家利用物理、化學等相關(guān)知識設(shè)計了一種可以自由變溫的智能化建筑材料，被稱為“變色龍”建材。

這種材料內(nèi)部含有可以在固體液體兩種構(gòu)象間自由轉(zhuǎn)換的層，分別是可以保留紅外能量使溫度升高的固體銅和發(fā)射紅外線使溫度降低的電解質(zhì)水溶液。

可呈現(xiàn)兩種構(gòu)象的層：保留紅外能量使溫度升高的固體銅；發(fā)射紅外線使溫度降低的電解質(zhì)水溶液。

（圖片來源：美國芝加哥大學分子工程學院）

因此，當材料周圍溫度發(fā)生變化時，賦予材料少量的電便可使金屬顆粒發(fā)生化學變化，進而調(diào)控材料內(nèi)部的納米顆粒沉積形貌，最終改變材料對于紅外熱輻射的發(fā)射率來實現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)。

當外界溫度升高時，建筑材料可以釋放紅外線熱量使建筑物內(nèi)部溫度降低。當溫度降低時，該材料便會自發(fā)維持建筑物內(nèi)部的溫度。整個過程需要的電能極低，可以極大地節(jié)省取暖的能耗。

變色龍

（圖片來源：veer圖庫）

會發(fā)光的高性能混凝土

混凝土是在建筑中廣泛使用的材料之一。賦予混凝土新的性能同樣有利于低碳、環(huán)保目標的實現(xiàn)。

在混凝土合成過程中，摻入光致發(fā)光材料，當利用這種混凝土建成建筑或者鋪到路面上后，在吸收可見光后，混凝土建筑在夜晚會持續(xù)地發(fā)光為行人及車輛照明。此種材料的使用省去了額外的人工能源的照明設(shè)備使用，從而達到節(jié)能環(huán)保的目的。

馬路

（圖片來源：veer圖庫）

結(jié)語

低碳、環(huán)保、綠色的建筑材料對環(huán)境保護至關(guān)重要，也直接影響著人類社會的可持續(xù)發(fā)展。相信科技的進步必會為人類帶來更多的優(yōu)質(zhì)材料。讓我們共同期待一個更加綠色環(huán)保的美好未來!

參考文獻：

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[4] 黃鵬飛,袁大偉.發(fā)光混凝土的研究進展與展望[J].江西建材, 2015(17):2.