关于智能材料在建筑设计中应用的研究_开题报告

智能材料技术是21世纪竞争优势的关键。 各种建筑材料已经在随着科技的发展显着提高功能特性以及功能水平. 智能材料是人类的生产生活水平提高的物质基础，是人类进步的里程碑。未来的建筑设计与建设技术开发中 “智能材料”将在其中起到关键作用。

 智能系统的一部分是由具有感知环境的能力材料构成，使得智能材料可以像生活系统一样通过感知环境执行相应的任务与变化。随着科技不断的发展，人们认识到是时候打破传统材料科学和建筑之间的隔离。

    同时，在人类社会发展的过程中产生另外的副作用，既发展与环境之间的矛盾的不断升级，建筑设计所需要思考的方面随着能源成本上涨，人们对“天人合一”的需求更加凸显，从而设计一个低能耗、舒适、人性化、智能化、绿色节能的建筑需要更优秀的智能材料的配合，

从而，能使得资源得到长期的保护、人类科技可持续发展与人类整体生活环境品质良好的保证。 

国内研究现状

在智能材料方面，在1997年南京航空航天大学研究出就利用形状记忆合金和液芯光纤对复合材料结构中的损伤进行自诊断、自修复。对于磁致伸缩智能材料的应用，目前，美国位居各国之首，其成功标志在于开发出了一系列用于军事目的的尖端产品，如美国已成功地将其应用于舰艇水下声纳探测系统以及导弹发射控制装置等。但是我国对磁致伸缩智能材料新产品的开发还处于起步阶段，但也已呈现出良好的发展势头。从杨亲民的《智能材料的研究与开发》中了解到，如中国长江水利委员会应用这种材料，开发出了大功率岩体声波探钡l器，应用于三峡工程和地球物理勘探；辽河油田应用这种材料，开发出了井下物理法采油装量；东北大学和大连理工大学应用这种材料，拟在进给和精密定位方面进行联合开发。进年，浙大城市学院成立了“绿色建筑研究所”，对智能材料应用于杭州城市新型建筑中进行了积极的探索研究。

国内对于智能材料的研究也是主要针基于对资源的节约、环境的保护、材料的创新，但基于目前研究技术的制约，国内的智能材料发展也是缓慢。但随着技术的进步，国内对于新型建筑的材料会往前迈进，这对于今后的智能材料在新型建筑上的应用也是有极大的促进。并且近年来，随着我国国民收入增加，人民生活水平提高，对住宅也提出了更高的要求，智能材料的功能恰好满足了人们对生活品质的追求，其在我国呈现出一片好的发展前景。但我国智能材料在现代建筑中的应用比较晚、基础薄弱、具体应用的实践少，虽然从20世纪90年代开始，我国已开始智能材料的研究及其产品开发和应用，但它的科技含量还是难以达到国际标准，在我国大部分地区传统建材的地位还是难以被智能材料取代。智能材料业在发展中存在诸多问题，如何解决这些问题、如何实事求是、因地制宜实施智能材料，使我国的智能材料在现代建筑中得到应用和发展是我国亟待解决的问题，也是中国建筑业应对未来外界带来的挑战，实现可持续发展的关键。

在智能材料的发展趋势方面，杨亲民的《智能材料的研究与开发》（1999）、谢建宏，张为公，梁大开共同研究的《智能材料结构的研究现状及未来发展》（2006）、阎平的《智能材料在土木工程中的应用》三篇研究^范文中，分别提出我国智能材料的发展趋势。他们认为在人们的资源、环境、环保意识提高的形势下，建筑中的绿色理念也逐渐深入人心，建筑材料作为建筑的载体，从水泥到高性能混凝土、节能材料以及装饰材料等建材的应用，智能材料会成为建材业的发展重点，也证明了建筑的发展需要依托智能材料以及相关的技术手段。基于对建筑的关系，他们对智能材料的认证和评价方法进行了介绍。在总结国外智能材料发展现状的基础上，最后提出我国智能材料的发展趋势。

汪洋的《智能建筑材料在绿色生态节能建筑中的应用》与程娟的《智能玻璃在建筑门窗幕墙中的应用发展探讨》的两篇^范文中指出当前智能建筑建设的不足和偏差,提出智能建筑内涵的延伸和扩展,进一步讨论以智能建筑材料作为实现手段,并具体归纳总结了多种智能建筑材料的使用形式。同时随着现代建筑的快速发展,酒店和办公等公共建筑对视觉通透效果的要求越来越高,这使得以玻璃为主的幕墙结构的应用范围日趋扩大,尤其是智能玻璃的应用,有效满足了建筑的室内开阔视野要求和视觉美感,逐渐成为现代化建筑的重要发展方向。智能玻璃作为一种新型的建筑材料,具有很好的节能性,将其应用在建筑门窗幕墙中,可以创设舒适健康的室内环境,提高资源的利用效率,符合绿色建筑的发展要求,进一步推动现代化智能建筑的发展。

从我国智能材料政策来看，《新材料产业“十二五”重点产品目录》涉及到的重点产品包括铜基形状记忆合金、稀土磁致伸缩材料、压电材料、形状记忆高分子聚合物等19种基础材料。由此证明我国还是很重视智能材料的开发与发展的，随着我国科技的发展，电子元件的需求量变得更大，要求更高，对推动我国的智能材料发展还是有关键的推力，我国智能材料研究虽然起步晚，但是我们站在前人的肩膀上，只要保持现在发展势头，我国迟早会赶超国际领先的国家。

（二）国外研究现状

而在国外针对于智能材料的研究因其起步早，技术基础扎实，其在此块的技术远比我国先进许多，并且也很早将智能材料技术投入新型建筑之中，可知绿色可持续早已成为其发展理念，贯穿于各个建筑行业中。国外在智能材料方面已经做了诸多的研究，并还在不断的开创当中。例如：智能混凝土起源于二十世纪60年代，当时苏联学者首先采用碳黑为导电组分尝试制备了水泥基导电复合材料。二十世纪80年代末，日本的研究人员设想并着手开发“对环境变化具有感知和控制功能”的智能建筑材料。1993年，美国开办了与土木建筑有关的智能材料与智能结构的工厂。

如形状记忆合金（SMA）目前，已开发成功的形状记忆合金有TINi基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。最早关于形状记忆效应的报道是由chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到Au{d合金中相变的可逆性。后来在Cu一Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TINi合金中，观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。

到70年代初，CuZn、CuZnAI、CuAINi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际祖夔塾灯口材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，不断丰富和完善了马氏体相变理论。

在Saidam M W, Al-Obaidi K M, Hussein H, et a的《The application of smart materials in building facades》中提及到建筑物是能源消耗和碳排放的主要来源之一，这个问题困扰着许多研究人员，希望找出改善气候和环境的方法。最近科学研究发现智能材料在最近在建筑领域、工业和工程领域中有着很大的潜力，通过研究和开发新型的建筑表皮材料，从而改善这个问题。目前智能涂料有室外净化空气涂料、室内环境净化涂料、负离子功能涂料、阻热防水涂料、智能乳胶漆、露珠仙外墙涂料等等，在很大的程度上对环保做出了贡献。

近年，荷兰代尔夫特理工大学微生物教授汉约克斯发明了一种生物混凝土，可以利用微生物自动愈合产生的裂缝。

据外媒报道，约克斯自2006年起就开始研究这种“生物混凝土”。当时一名混凝土技术专家提出，可否用细菌让混凝土自行修复。解决这一问题面临许多挑战。混凝土就像岩石一样，非常干燥而且碱性极强，“修复细菌”在被水激活之前，必须长年处于休眠状态。约克斯最终选择了孢芽杆菌，因为它们喜欢碱性环境，产生的孢子在没有食物和氧气的情况下能存活几十年。

生物混凝土看起来和普通混凝土一样，只是添加了额外成分“愈合剂”。混凝土出现裂缝后，水进入裂缝打开胶囊，细菌则开始发芽、增殖并食用乳酸钙，通过代谢把钙和碳酸离子结合，形成方解石或石灰石，逐渐弥合裂缝。从而达到自我修复的目的。

从Nijholt A, Minuto A.的《Smart material interfaces: Playful and artistic applications》中了解到智能材料具有物理性质，可以通过电场或磁场，光，温度或应力等外部刺激来改变或控制。它的形状，大小或颜色。 

智能材料是利用机敏材料来感测环境并通传感器或者处理芯片通过控制“变量”来改变其物理特性来，并显示或响应。目前，常见的智能材料以聚合物，陶瓷，记忆形状合金或水凝胶的形式出现。

对于智能材料，就目前智能材料专利数量统计数据中发现，日本主要在压电陶瓷组合物及使用该组合的压电陶瓷器件等智能材料材料研究处于国际领先地位，美国则在高分子自修复与自清洁材料方面处于国际领先地位，德国则在涂料组合物方面处于国际领先地位。

就目前所遇到的种种问题，智能材料在某些情况下已经成为二十一世纪解决问题的关键。

随着科技的进步和建筑性能的不断提高，对于建筑材料品质的要求也越来越高。以往单一功能的材料已不能满足高性能节能环保建筑的需要，材料的多功能性已经成为当下需求，为此出现了智能材料的研发和实践。

同时，智能材料，为建筑和建筑创新带来新的可能性，并大大改善使用的舒适性与智能化。将幻想中的设计变化为真实的建筑单体或者建筑群。智能材料不仅仅在未来的发展中，给建筑设计和性能带来质的转变，可以说智能材料将会是未来发展的主力军。

二、^范文提纲

摘要

引言

绪论

概述

发展智能材料的意义

智能材料与传统材料的区别

在建筑中使用智能材料的好处

智能材料的材料特征及类型

智能材料的特征

智能材料的类型

智能材料在建筑设计中的应用

智能材料在建筑结构设计中应用

智能砖的应用

智能复合材料的应用

智能材料在建筑表皮与外墙设计中应用

智能建筑表皮的应用

智能涂料的应用

智能材料在建筑绿色节能设计中应用

智能玻璃的应用

智能绿色屋顶的应用

智能材料在建筑智能建筑智能化设计中应用

智能材料的发展趋势

智能材料发展的主要目标

智能材料愿景展望

结论

致谢

参考文献

三、参考文献

阎平.智能材料在土木工程中的应用[J].科技风,2011(11): 129-129.

汪洋.智能建筑材料在绿色生态节能建筑中的应用[J].国外建材科技,2008,29(2):123-126.

Nijholt A, Minuto A. Smart material interfaces: Playful and artistic applications[C]// IEEE International Conference on Imaging, Vision & Pattern Recognition. IEEE, 2017. 

Saidam M W, Al-Obaidi K M, Hussein H, et al. The application of smart materials in building facades[C]// International Conference on Architecture and Civil Engineering. 2017.

吴泽进,施养杭.智能砼的研究与应用评述[J].砼,2009(11):86-88.

谢建宏，张为公，梁大开．智能材料结构的研究现状及未来发展lJ]，材料导报，2006，11:6-9

杨大智. 智能材料与智能系统[M]. 天津大学出版社, 2000.

程娟. 智能玻璃在建筑门窗幕墙中的应用发展探讨[J]. 科技展望, 2017, 27(15).

陶宝祺. 智能材料结构[M]. 国防工业出版社, 1997.

瞿伟廉, 李卓球, 姜德生,等. 智能材料-结构系统在土木工程中的应用[J]. 地震工程与工程振动, 1999, 19(3):87-95.

王兆利, 高倩, 赵铁军. 智能建筑材料[J]. 山东建材, 2002, 22(1):56-57.

钱军平. 建筑智能系统关键技术及应用研究[D]. 华南理工大学, 2011.

杨欣斌. 故障诊断在智能建筑中的应用研究[D]. 西安交通大学, 2001

李惠, 欧进萍. 智能混凝土与结构[J]. 工程力学, 2007, 24(z2):45-61.

杨亲民. 智能材料的研究与开发[J]. 功能材料, 1999(6):575-581.