智能建材研究新突破，人造“变色龙”材料保暖节能成为环保新宠
前言
变色龙是一种爬行动物，原是一种爬行动物的俗称，学名是避役，它可以改变自己的身体颜色。因能根据环境和形势的变化，通过调整自己的肤色来适应而得名，被人们用来讽刺没有立场、原则，趋炎附势、见风使舵、欺软怕硬的人。
变色龙是爬行动物，是非常奇特的动物，它有适于树栖生活的种种特征和行为。避役的体长约15-25厘米，身体侧扁，背部有脊椎，头上的枕部有钝三角形突起。四肢很长，指和趾合并后分为相对的两组，前肢前三指形成内组，四、五指形成外组；后肢一、二趾形成内组，奇特的三趾形成外组，这样的特征非常适于握住树枝。它的尾巴长，能缠卷树枝。它有很长很灵敏的舌，伸出来要超过它的体长。人们一贯认为它舌尖上有腺体，能够分泌粘液粘住昆虫，但事实上，变色龙捕猎时主要靠舌尖产生的强大吸力吸住猎物。
变色龙是因为它善于随环境的变化，随时改变自己身体的颜色。变色既有利于隐藏自己，又有利于捕捉猎物。变色这种生理变化，一种说法是，在植物性神经系统的调控下，通过皮肤里的色素细胞的扩展或收缩来完成的变色；另一种说法是，在最近的研究中发现，变色龙不是靠色素细胞变色，而是靠调节皮肤表面的纳米晶体，通过改变光的折射而变色。
仿生学应用在建材上，可实现环保节能
人们通过研究生物体的结构与功能工作的原理，并根据这些原理发明出新的设备、工具和科技，创造出适用于生产、学习和生活的先进技术，被称为仿生学。
仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bio（生命方式的意思）”和字尾“nlc（具有……的性质的意思）”构成的。这个词语大约从1961年才开始使用。仿生学是在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接收（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能，在机械设计方面给了人们很大启发。如：解剖海豚的体型或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。苍蝇的楫翅是天然导航仪。而且，苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由3000多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，用途广泛。
仿生学在建筑的应用。建筑仿生学的表现与应用方法，大致有四个方面：城市环境仿生，实用功能仿生，建筑形式仿生，组织结构仿生。2008年8月Angewandte Chemie杂志报道了澳大利亚莫纳什大学的利昂·斯皮西亚、罗宾·布里姆布来可比和安妮特·可罗，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的格哈德·斯伟格斯，美国普林斯顿大学的查尔斯·迪斯莫克斯，共同开发现了由一层涂层和维持植物光合作用的基本化学物质——锰组成的系统。该系统可模拟植物的光合作用，为利用阳光将水分解成氢和氧开辟了一条新途径。
变色龙仿生建筑——阿联酋变色建筑。变色龙靠调节皮肤表面纳米晶体，通过改变光的折射而变色。在阿联酋有一栋建筑，是应用了仿生学原理，设计师采用仿生建筑的设计原则。以六边形为构成元素的建筑立面类比细胞结构；办公楼模拟了变色龙具有高度适应性的皮肤。
建筑仿生立面与建筑的诸多元素均有联系，包括夜间LED灯照明和集成温度调节。气候控制是通过智慧幕墙单元（如立面上的六边形）完成的，这些单元可以通过机械控制适应太阳的运行轨迹。当元件接收到的热量过多时，它们会关闭自身将建筑密封起来。以此类推，当外部环境太冷或者光线不足时，它们会自动打开。办公楼有固定在外墙上的光伏纳米电池，可以在整个白天内收集光能。白天建筑内未能使用的多余能量，可在晚上点亮数千盏LED灯。这是体现建筑动态内部活动、动物本身和情绪不断变化的居住集体。
英格兰利兹体育场景观“变色龙”
利兹大剧院（Leeds Playhouse）建于1878年，是英国国家二级保护建筑，这里还保有英国维多利亚时代的内饰、柔软的天鹅绒座椅、梦幻的水晶吊灯和装饰精美的屋顶，造就了这里无与伦比的辉煌气势。除了芭蕾舞表演，利兹大剧院还经常举办其他各类表演，如歌剧、音乐剧、戏剧等。
很多人在小的时候都读过苏格兰小说家J·M·巴里（J. M. Barrie）创作的经典儿童小说《彼得潘》。圣诞节，西约克郡剧院（又名利兹剧院，Leeds Playhouse）演出《温迪和彼得潘》总共时长2小时45分钟，对经典进行当代化创新，由多位才华横溢、能力出众的演员们共同打造。布景、道具和灯光设计也堪称经典，让观众沉浸式体验彼得潘的奇幻世界。这里还经常举办其他类型的娱乐活动，如艺术装置展览、沉浸式体验、音乐、舞蹈等。
英格兰利兹大剧院是由全球球场设计鉴赏家populous设计的。场馆内部呈扇形分布，项目的创新重点在于两个最远的座位之间仅仅有这67米的距离。场馆内设符合标准的123,000个座位，坐落于文化区城市中心。在这个人口密集的城市区域内，利兹大剧院成为了新的地标性建筑。
建筑外观特别重视夜间建筑的存在。外层分层的几何形状，在夜晚的灯光下给游客惊心动魄的视觉效果。众多的LED灯条由一个触摸按钮控制，当工作人员按动它时，这些灯条能够形成不同图案的任意组合。配备了可拆卸的舞台座位15排，剧院可以从音乐场地改造为篮球场，网球场，拳击，摔跤垫，其中包括其他体育项目。“座位的碗形设计遵循扇形的结构”，最大化角度和视线，同时在活动模式下，展示出最大的灵活性。剧院最小平台宽度为800毫米，拥有130毫米与540毫米之间高度不同的露台。
建筑上的彩色玻璃幕墙“变色龙”，美观但不保温
彩色的幕墙玻璃建筑在我们的生活中随处可见，其独特的色彩运用往往极富艺术感，给人们的眼睛和心灵带来强大的冲击，世界上有各种奇特的彩色幕墙玻璃建筑。
比如：（1）印度彩色玻璃学术楼。该彩色玻璃幕墙外部没有使用常规的线性规划设计，而是沿着一定的弧度创造了流动空间和溢出区域，让整个建筑增加了许多的俏皮与动感，成为了印度一道独特的景观！（2）巴黎国会彩色玻璃大厦。该大厦随着一天中太阳东升西落的角度变化,可以将一个立面投射不同的彩色光,从而形成了巨大透明的彩色玻璃幕墙,外观五彩斑斓、炫目夺人。（3）瑞典恩波里亚购物中心。恩波里亚是马尔默的一个大型购物中心，外立面采用金色玻璃制成，通过在玻璃板之间层压Vanceva颜色中间层来产生琥珀色，产生鲜明的色彩效果而不降低其透明度。
（4）荷兰多彩声音视觉研究所。2100多个外立玻璃板构成半透明的外立面，既保持建筑的美学美感，又形成令人震撼的彩色玻璃建筑。（5）莫斯科斯巴达体育竞技场。该建筑外围全部由白色和红色的彩釉玻璃拼接成叠加状玻璃幕墙，可以反射出很漂亮的红色。
这些彩色幕墙玻璃，仅靠玻璃的表面反光工艺，在不同的时间呈现不同的颜色，呈现出犹如变色龙般色彩丰富的效果。但却不具有保温节能等其他功能。随着科技的不断进步，建筑材料层出不穷，人们对于建筑材料有了越来越高的追求！
新型“变色龙”建材控温保暖节能
据《科技日报》北京1月28日电 （实习记者 张佳欣）在《自然·可持续发展》杂志上发表一项研究成果。美国芝加哥大学分子工程学院研究人员设计了一种类似变色龙的建筑材料，它可根据外部温度改变其颜色，吸收或释放热量。在炎热的天气里，这种材料可释放出高达92%的红外线热量，帮助冷却建筑物内部；在较冷的天气里，这种材料只发射7%的红外线，有助于建筑物保温。
据估计，建筑物占全球能源消耗的30%，排放占全球温室气体总量的10%。大约一半的能源足迹归因于室内空间的供暖和制冷。此前已开发出辐射冷却材料，通过增强发射红外线的能力来帮助建筑物降温。还有防止在寒冷气候下发射红外线的材料。而红外线是人和物体辐射的不可见热量。
研究人员设计了一种不可燃的“电致变色”建筑材料，它包含一个可呈现两种构象的层：保持大部分红外线热的固态铜，或发射红外线的水溶液。在任何选定的触发温度下，该设备都可使用少量电力，通过将铜沉积到薄膜中或剥离铜来诱导状态之间的化学变化。该设备在金属和液体状态之间快速且可逆地切换。研究表明，即使在1800个周期后，在两种构象之间切换的能力仍能保持。
研究报告称，在一栋普通的商业建筑中，用于引起材料电致变色的电力不到建筑总用电量的0.2%，但可节省建筑每年供暖和制冷消耗能源的8.4%。
有评论称，通常的智能建筑，是利用计算机或通信技术为住户提供管理和服务，还没有“智能”应用在建材结构上的报道。本次研究通过一种可切换的新材料为建筑物降温或升温。虽然这种材料还需要后续一些其他数据来佐证它的实用性及安全性。但它是智能建材领域的一次突破性尝试。
变色龙仿生涂料研发及应用
仿生涂料技术是通过对生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用，为涂料工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。
20世纪70年代，德国波恩大学的植物学家巴特洛特在研究植物叶面时发现了荷叶效应，即很多植物叶面残留的污染物多达40％以上，而荷叶叶面的污染物残留比例皆小于5％。荷叶表面有微小蜡质颗粒，并覆盖着无数微米级突包，突包的表面又布满了直径仅为几百纳米的更细的绒毛。这种特殊的纳米结构，使得荷叶表面不沾水，水珠沾起叶面上的灰尘高速滑落，实现自清洁功能。
1999年，波恩大学的研究小组与ISPO公司合作，利用硅树脂的防水性能通过模仿荷叶表面微观结构生产了Lotusan涂料，该涂料使用5年以上，自清洁效果没有改变。
2004年3月，中国科学院化学研究所通过分子设计制备出聚合物的微米、纳米双重结构，利用聚合物在溶剂蒸发过程中自聚集、曲面张力和相分离的原理，在室温和大气条件下，一步法直接成膜构筑类似荷叶的微纳米双重结构的聚合物表面，得到了超疏水和疏油性质的仿生涂层，水和油的接触角分别可高达166°和140°，高分子仿生表面的滚动角仅仅为3.4±2.0°，水珠在表面上可以自由滚动，具有与荷叶表面相似的自清洁效应。同时该仿生表面还具有类似荷叶的“自修复”功能，仿生表面最外层在被破坏的状况下仍然保持了超疏水和自清洁的功能。
哈佛大学的科学家模仿猪笼草的内皮设计生产一种能够经济地用到各种物体，包括船舶船体的透明涂料。通过模拟猪笼草皮肤结构研制的涂料，能够应对环境污染物污染和降解、达到自愈能力和损坏容限可以应用于极端温度和高压环境。
变色龙式伪装涂料的研究。欧洲研究的代表是法国。据悉，法国国家科学研究中心和Arcueil技术中心根据法国武器装备总局的合同，已研究了三大类变色龙涂料，统称“X-变色”涂料，包括光致变色、热致变色和电致变色三种。它们均属于可见光及红外范围，虽各具特性，但具有多种应用类型变色的共性。
阿克苏诺贝尔近期利用仿生技术推出一款随心移色涂料MoodPaint，该涂料含有一种改性热致液态晶体，能根据附近人体的信息素作出反应，当晶体移动时，能吸收或反射不同波长的光波而呈现不同的涂层色彩。研究表明颜色可能会对人类的情绪和行为产生影响，柔和的蓝调可以舒缓医院的病人，充满活力的黄调可以刺激您在厨房的食欲，中性色可以使人在生活区域内感到舒适。
2019年，北新建材进入防水材料领域并强化建筑涂料业务。目光投向了工业涂料领域，在特种导电涂料、飞机整体油箱防腐涂料、红外线隐身涂料、导静电飞机蒙皮涂料等众多应用于航天航空等领域的新材料研发上不断取得重大突破。建立了中国涂料科学研究院航空航天涂料研究中心和风电涂料研究中心。2021年6月2日，北新建材全资子公司北新防水有限公司注册资金20亿元成立。随后，2021年7月30日北新涂料有限公司注册资金20亿元成立。
在涂料方面，始于国家“六五”科技攻关项目的北新建材龙牌涂料连续10余年刷靓天安门城楼。还用在人民大会堂、国家大剧院、APEC会议中心、xxx展览馆、北京奥运会粉饰工程、上海世博会场馆、北京xxx办公楼、2022冬奥会场馆等多项重点工程。未来将在艺术涂料、耐高温涂料等方面持续创新，强化水性及高固含环保性涂料、海洋防腐超耐候涂料、高空隐身、耐高温、耐磨等特种涂料的研发。
（东方红星，文/李烈，约4680字）
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