纳米技术正在改变建筑业的面貌吗?

纳米技术在极其微小的尺度上处理材料和机器。要了解更多关于纳米技术的知识,请查看HowStuffWorks视频。18新利最新登入"width=
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当你听到“纳米技术”这个词时,你首先想到的是什么?小机器人看起来像虫子?一个充斥着灰濛?未来的愿景微观的作品在你的血液里游泳扫描感染吗?虽然我们大多数人都听说过纳米技术的小科学,但并不总是清楚这些小东西是关于什么的。

关于纳米技术的第一个令人困惑的事情是,它不是一个特定的科学流派。它指的是任何一门科学,只要按一定的规模进行。在实践中,“纳米”这个前缀指的是一种材料的尺寸,在这种尺寸下,常规的物理定律会被打破量子效应(或纳米效应)取代:重力不那么重要,电磁能量的工作方式不同。

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如果这听起来很疯狂,可以这样想:一纳米是一米的十亿分之一,当处理小于100纳米大小的任何东西时,重力和电磁的影响变得相对微不足道。在这个范围内,与我们所知的世界的差异是如此巨大,几乎是不可想象的。

纳米技术现在正被应用于建筑材料。这是一门相对较新的科学,但它已经影响了你所熟悉的建筑材料的制造:玻璃、钢铁、混凝土、涂料甚至木材。将纳米技术颗粒与这些材料混合会产生一系列有益的影响。

从制造防火的混凝土和玻璃,到增强木材的强度在低得多的密度下,纳米技术甚至使我们的玻璃和水泥能够自我清洁,正帮助我们建立一个更安全、更清洁和更高效的世界。

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纳米技术的建筑材料

举一个具体的例子(原谅双关语)纳米技术在工作时,服用二氧化钛(TiO2)。它是一种白色颜料,长期以来被用于混凝土和玻璃涂层中,用于各种用途,这使得它的用途成为纳米技术。二氧化钛可以吸收紫外线,保持混凝土的清洁和白色。二氧化钛还能收集和分解空气中的颗粒物,包括构成污染的颗粒,因此将其混合到柏油路中意味着道路本身有助于清洁环境。二氧化钛还被用于各种家庭建筑产品,通过消耗细菌来帮助保持无菌。它甚至可以用来制造除雾和自清洁玻璃,通过纳米效应,其中吸收紫外线使玻璃吸引:水分聚集,堆积,滑走,去除污垢,留下一个坚固,干净的表面。

其他种类的纳米粒子——我们与其他材料混合或单独使用的粒子,至少在一维上小于200纳米——包括碳纳米管,它是一种自组装结构,利用碳的独特结晶特性形成令人难以置信的坚固材料。碳纳米管于1952年在俄罗斯首次被发现,直到20世纪90年代才被忽视,它的密度只有钢的六分之一,但强度可以达到钢的8到100倍[来源:库兹韦尔]。

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更聪明的纳米颗粒

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纳米技术研究人员的希望之一是开发建筑材料,使未来的道路能够自我修复。不再有坑洼!
©iStockphoto /思想库

纳米粒子的另一个子集,称为量子点,结合了微小的量子能量纳米技术有指挥的能力.这些小东西的无数潜在应用几乎是不可想象的,但早期的应用包括“智能骨料”,这是一种道路混凝土,实际上可以报告它在哪里变弱或断裂。通过分析嵌入这些小东西的结构(如道路)的低层电场,你可以获得其状态的读数;这和老式的屏幕没什么不同计算器.由于纳米颗粒根据它们的化学和热力学性质自然地相互排列,科学家们可以利用这些性质来建造由智能骨料制成的道路或建筑物,这些道路或建筑物实际上可以自我修复。

还有纳米二氧化硅,这是一种人造硅酸盐(SiO2,一种经典的建筑材料),当混合到混凝土中时,利用颗粒之间的量子引力将强度提高3到6倍,而不增加混凝土的密度。它就像一个量子能量网,把所有东西捆绑在一起。SiO2也是一种有用的成分或涂层,用于玻璃或需要防火的混凝土——当加热时,它的颗粒会重新排列成更加坚硬的防火结构。

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纳米技术和建筑的未来

因为很多纳米技术粒子自然地以一种似乎是自我组装的方式排列,因为这些粒子由与它们正在增强的材料相同的基本成分组成,这些看似未来的添加剂可以从工业产品的创造中消除大量的劳动力和环境成本。大量的环境影响混凝土生产例如,将大石头砸成精确测量的小尺寸,用于不同的工作。但当你从增加强度而不增加密度的微小颗粒开始时,你省去了大量的能量和时间——这意味着混凝土工厂可以做更聪明、更清洁的工作。

由于这些材料一旦进入世界,就会更加耐用——有些甚至有助于逆转污染损害——即使在出售和用于建筑项目之后,它们也有助于可持续发展。因为量子效应这些材料中有许多已经被研究和充分记录,因为自20世纪90年代以来,它们已经被安全地使用和改进,科学家们能够更完美地校准材料的最佳用途和纳米技术控制的混合物,以实现更环保的智能建筑过程。

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但毕竟,建筑行业是最古老的职业之一,它使用最永恒的材料——石头和木头——经常取得成功。在全球范围内,很少有建筑业关注纳米技术的研究和开发。毕竟,任何地方都需要建设,而且他们从人类文明开始以来就一直在用他们所拥有的东西做得很好。

与任何绿色或改变行业的发展一样,纳米技术的使用是一场缓慢但稳定的比赛。但是,随着时间的推移,变化确实会加速,随着全球建筑战略朝着更便宜、更环保的方向发展,我们很有可能最终看到纳米技术在建筑领域的整合在未来十年内得到显著扩展。

与此同时,如果你下次去家装中心时,看到你认为自己已经熟悉的产品中使用了这些应用程序,不要感到惊讶。未来不会出现在一个标有“未来”的明亮标签的盒子里。在经过试18新利最新登入销、设计、重命名和制作成我们已经知道的样子之后,它就出现了——但这并不会让它变得不那么令人兴奋。

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作者的注意

作为一个长期对绿色建筑和现代建筑感兴趣的人,我很高兴有机会更多地了解纳米技术的这些特殊应用。从生物医学到交通运输,纳米技术为我们提供了如此多的东西,任何一个领域的发展都有助于对整体科学做出贡献,这意味着它会给我们所有人带来好处。

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来源

  • 常,肯尼斯。“纳米线可能导致超高速计算机芯片。”纽约时报,2001年11月。(2012年2月23日)http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res = 9 d06e4df1638f93aa35752c1a9679c8b63
  • “由太阳能电池和玻璃制成的能源生产道路可能是碳排放和气候变化的解决方案。”Azonano.com。2012.(2012年2月23日)http://www.azonano.com/Details.asp?ArticleID=1969
  • 哈桑,P.I.马尔瓦,路易·n·穆罕默德,等。“高度可持续光催化温沥青混合料制备的突破性概念”2011年美国国家科学基金会工程研究与创新会议论文集,亚特兰大,佐治亚州。2010年11月。(2012年3月6日)http://www.pureti.com/pdfs/PURETI+on+Asphalt+-+NSF11-Paper+f+Nov+2010+LSU.pdf
  • 库兹韦尔,雷。关于分子组装的德雷克斯勒-斯莫利之争Kurzweil AI, 2003年12月。(2012年2月23日)http://www.kurzweilai.net/articles/art0604.html
  • 曼,萨伦德。“纳米技术与建筑。”Nanoforum报告。2006年11月。(2012年2月23日)http://www.nanoforum.org/dateien/temp/Nanotech%20and%20Construction%20Nanoforum%20report.pdf?06032012231658
  • “量子点介绍。”evidence Technologies, 2012。(2012年2月23日)http://www.evidenttech.com/qdot-definition/quantum-dot-introduction.php

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