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欧宝平台登录:介绍几种未来的建筑材料:气凝胶、纳米晶体和智能窗户
更新日期:2022-07-26 13:26:34 来源:欧宝足球直播 作者:欧宝直播足球直播

  微观材料的研究和基本分子特性的改变出现了炽热的爆炸,这些都是包括建筑材料在内的许多事物的基础。

  “气凝胶、石墨烯、纳米晶体、热电材料。. . 这些都是真实的东西,”劳伦斯利弗莫尔国家实验室工程材料、制造和优化中心主任 Christopher Spadaccini 博士说。“然而,这些材料处于非常以研究为导向的早期阶段。例如,石墨烯是碳——碳的单分子片。我们最近证明了我们可以 3D 打印石墨烯气凝胶。

  “你为什么要关心这个?石墨烯具有非常高的表面积,并具有非常有趣的机械和电气特性,”Spadaccini 继续说道。“所以它可以用于超级电容器或电池。通常,当您拥有具有纳米级特征的材料时,您确实会影响电气和光子特性等物理特性。甚至可以实现独特的热性能。”

  在分子水平上工作时,必须为本质上是一种新材料语言的东西创建新术语。这些元素一旦扩大到可用水平,就可以用于日常使用。

  例如,纳米晶体是具有至少一个尺寸小于100纳米的晶体纳米颗粒(纳米颗粒)并且由单晶或多晶排列的原子组成。纳米晶体比大晶体小得多,那么它们怎么能在此时此地使用呢?一个例子是智能窗户,加利福尼亚的Heliotrope Technologies引领智能窗户充电。

  “我的同事开发的核心技术本质上是纳米晶体,可以让你调整太阳光谱的某些部分,”劳伦斯利弗莫尔国家实验室的前科学家兼 Heliotrope Technologies 总裁 Jason Holt 说。“我们可以独立于可见光控制热量(近红外)传输。令人兴奋的机会是有一个窗口,您不会从居住者或外部观察者的角度改变外观。您可以根据需要提供尽可能多的光线,但您也可以提供太阳能阻挡。

  “通过对纳米晶薄膜施加电压,你可以调整它的特性,这样在冬天,你可以让一部分热量通过,用于被动太阳能加热,但在夏天你不需要它的时候,你可以阻止它。,”霍尔特继续说道。“就像给锂离子电池充电一样,你本质上是给你的设备充电,以控制透过窗户的可见光或红外线传输状态。”

  霍尔特解释了令人难以置信的小规模纳米晶体及其独特的性质。“我们使用的纳米晶体尺寸只有几纳米。相比之下,人类头发的直径为 80 到 100 微米,所以我们说的是比人类头发的厚度小近 100,000 倍的东西。正是这种小长度尺度上的 [纳米晶体] 特殊的光学特性为我们正在开发的产品提供了热和光控制特性。” Heliotrope 的产品是一种窗子组件,它是一种动态的玻璃板,它将包括双窗格窗户中的外窗格。

  “在商业应用中,如果动态窗户使您能够消除百叶窗并缩小 HVAC 系统的尺寸,那么成本溢价可以大大抵消,”霍尔特说。“我们认为我们的制造成本优势可以将动态窗户的溢价降低到与高端传统窗户基本上成本中立的程度。”

  “气凝胶是一种极轻的泡沫,”Spadaccini 解释道。“你可以用不同的材料制作它。气凝胶可以提供绝缘;它们的导热性非常低,因为它们内部的结构非常薄。他们喜欢称它们为“结构性烟雾”,因为它们比空气轻。如果你在它周围画一个盒子并计算密度,它非常低。但它们本质上是随机泡沫,非常轻巧,具有非常薄的部件和特征。”

  Spadaccini 和他在 Lawrence Livermore 的团队正在研究许多他称之为“构建或设计的微结构”的材料,他认为这些材料是“一个单元格,然后在空间中重复该单元格以制造材料。所以你最终会得到一个单元格点阵。”

  其中一些材料具有特定的机械性能,例如非常高的刚度和强度但重量非常轻,或其他独特的性能,例如负热膨胀。

  当科学家们在Materials360等网站上交换想法并思考纳米、类原子和分子等所有事物的未来时,更大规模的材料呢?

  “这些东西非常专业化,很难预测大批量生产的成本,”Spadaccini 说。“现在它们非常昂贵,因为你有博士团队在小批量开发它们。这是否会扩展到建筑可以在经济上处理的事情还有待观察。在看到建筑材料等商品之前,您可能会看到小批量、高价值的应用。”

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