新型自调温建材灵感来自大象
2025/08/25 | via. 媒体 西班牙《趣味》月刊网站
摘要:尽管隔热技术取得了显著进展,但墙壁、天花板和窗户在维持舒适的室内温度方面仍是薄弱环节。
一种受动物生物学启发的新型建筑材料可以让墙壁、地板和天花板被动地调节温度,为极端气候条件下的可持续建筑开辟新的可能性。
在极端炎热的天气里,观看大象扇动巨大的耳朵几乎有一种催眠的效果。这不仅仅是一种威严的姿态:大象耳朵上布满了血管,有助于释放体内多余的热量。野兔和其他动物也进化出了类似的应对高温的方法,即利用内部循环来调节体温。这种进化智慧看似与水泥和混凝土的世界相距甚远,现在却成为一群工程师的灵感源泉,他们试图重新思考建造建筑物的方式。
美国德雷克塞尔大学的一支研究团队开发出一种新型建筑材料,模仿了大象和沙漠兔子耳朵中的血管网络。这项发表在荷兰《建筑工程学报》上的研究提出,在混凝土中加入填充了相变材料的管道,从而使建筑物表面能够以被动的方式调节温度。这种材料的研发运用了一个简单但实用的方法:利用生物学原理来提高建筑的能源效率。
当今建筑业面临巨大挑战:超过60%的建筑物热能损失是通过其表面发生的。尽管隔热技术取得了显著进展,但墙壁、天花板和窗户在维持舒适的室内温度方面仍是薄弱环节。面对这一问题,德雷克塞尔大学的研究团队决定向大自然寻求答案。
该研发项目以某些动物的血管系统为模型,比如大象或野兔。这些动物通过血管舒张和收缩机制调节体温。研究人员尤其关注某些解剖结构如何通过增加热交换表面积来高效地为身体降温。通过在水泥材料中嵌入内部通道的方法,这一原理被应用到建筑行业。
该研究的核心是开发一种名为“血管自适应水泥基复合材料”的新型建筑材料。这是一种能够自行调节温度的材料。研究人员利用一种可溶性聚合物创建了内部通道网络,这种聚合物在溶解时不会损坏水泥基体。这些通道被填充相变材料,如石蜡,在温度发生变化时会在固态与液态之间转化,并在该过程中吸收或释放大量热量。
在相变材料的相变过程中,可以观察到热量逐步自主释放或吸收,使得温度在冷循环中升高,而在热循环中下降。因此,该系统无需电气或机械系统来激活:它只是自然地响应热环境。该研究代表了对建筑材料的全新理解,建筑材料不仅被视为被动的隔热元素,还被视为可以与环境互动。