Để thích ứng với sự thay đổi không ngừng của xã hội, các nhà thiết kế trên thế giới cũng nỗ lực để tạo ra các vật liệu thông minh, mang lại tác động tích cực cho công trình và cho môi trường sống. 

Trong thế giới không ngừng thay đổi của chúng ta, cùng với sự thay đổi của thời gian, con người cố gắng đạt được hiệu quả và khả năng thích ứng với tương lai. Lối sống hiện đại phụ thuộc vào công nghệ AI, điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh, thiết bị nhà thông minh và các thiết bị công nghệ mới do đó chúng ta cũng phải phát triển theo công nghệ và thời gian. Một nhà thiết kế cố gắng đạt được một thiết kế tốt bằng cách tạo ra một cấu trúc hiệu quả, lâu dài và bền vững. Vật liệu là các khối xây dựng của bất kỳ công trình nào; sự lựa chọn vật liệu chính xác có thể cải thiện hiệu suất và vòng đời của bất kỳ cấu trúc nào.

Vật liệu thông minh là tương lai của thiết kế – xây dựng hiệu quả và tiên tiến. Thiết kế các tòa nhà trong tương lai nên cố gắng hiệu quả với ít tác động đến môi trường hơn, do đó, người ta phải có xu hướng đưa ra lựa chọn thông minh. Điều này có tác động tích cực và lợi ích cho bất kỳ cấu trúc nào được sử dụng rộng rãi cho mục đích xây dựng.

Vật liệu thông minh là gì?

Vật liệu thông minh (hay Responsive materials) là phát minh công nghệ mới nhất trong ngành khoa học vật liệu. Đây là những vật liệu hiệu quả được thiết kế để ứng phó với biến đổi khí hậu. Một số vật liệu vẫn đang trong giai đoạn phát triển và thử nghiệm để tạo ra các vật liệu thông minh ổn định và hiệu quả, bền vững, v.v. 

Vật liệu thông minh là tương lai của nền kiến trúc phát triển và thân thiện với môi trường. Những vật liệu này chịu trách nhiệm tạo ra một môi trường bền vững và tiết kiệm năng lượng. Vật liệu thông minh bao gồm bê tông, kính, vật liệu cảm ứng và vật liệu đáp ứng thông minh. 

Lợi ích của việc điều chỉnh vật liệu thông minh 

Một số lợi ích của việc sử dụng vật liệu xây dựng thông minh trong xây dựng: 

a. Vật liệu hiệu quả (Hiệu quả năng lượng và môi trường) 

b. Đáp ứng với điều kiện môi trường khắc nghiệt 

c. Vật liệu bền với vòng đời tốt 

d. Tự bảo trì (Ít vật liệu bảo trì hơn) 

e. Tùy chọn vật liệu bền vững 

f. Đáp ứng ngữ cảnh 

g. Thi công lắp đặt hiệu quả

• Thermobiometal (Kim loại biết thở)

Thermobiometal là một vật liệu thông minh đáp ứng các điều kiện nhiệt độ, khí hậu. Nó tự phản ứng với các điều kiện ánh sáng mặt trời khắc nghiệt và có thể giúp tạo ra không gian bóng mờ nhờ vào hình dạng. Vật liệu cuộn tròn khi nóng lên và phẳng ra khi nguội đi. Vật liệu phản ứng nhiệt này là một ví dụ về việc đổi mới vật liệu hiệu quả.

Lợi ích của Thermobiometal

a. Tự phản hồi (Phản ứng với nhiệt) 

b. Hiệu quả và Bền bỉ 

c. Nhẹ và dễ xử lý

Một ví dụ sáng tạo về cấu trúc/hình thức kim loại nhiệt sinh học là công trình lắp đặt “Bloom” do giáo sư, kiến trúc sư Doris Kin Sung của USC thiết kế. Bản lắp ráp Bloom được đặt tại Phòng trưng bày Vật liệu và Ứng dụng ở Los Angeles, California. Phiên bản này được xây dựng bằng cách sử dụng 14.000 mảnh nhiệt sinh học được ghép lại với nhau và có dạng cuộn tròn khi sưởi ấm và dạng phản ứng tạo bóng râm và thông gió cho khu vực khi có nắng gắt.

• Hydroceramic

Vật liệu được phát triển bởi IAAC (Viện Kiến trúc Cao cấp của Catalonia – 2013). Hydroceramic là vật liệu composite sử dụng thành phần vật liệu thông minh là Hydrogel và đất sét gốm. Dự án này xử lý quá trình nhiệt động lực học của tòa nhà một cách thụ động bằng cách sử dụng vật liệu composite hydrogel. Các thành viên dự án (sinh viên) được giám sát bởi các giảng viên cấp cao, những người đã thử nghiệm sử dụng hydrogel để thay đổi nhiệt độ của bất kỳ không gian bên trong nào. Đặc tính bay hơi và khối lượng nhiệt của hydrogel được kết hợp với đặc tính kiểm soát độ ẩm của đất sét gốm và vải. Vật liệu composite được phát triển này có khả năng phản ứng với nhiệt và nước, có khả năng hạ nhiệt độ của không gian bên trong xuống 5 độ.

Lợi ích của Hydroceramic 

a. Giảm tiêu thụ điện 28% 

b. Công nghệ xây dựng thay thế chi phí thấp 

c. Giảm lượng khí thải carbon (Lên đến 56,5kg khí thải carbon) 

d. Phương pháp làm mát nhân tạo có thể giảm

• Bê tông tự phục hồi (Bê tông sinh học)

Bê tông là vật liệu xây dựng được sử dụng phổ biến nhất dễ bị nứt trong điều kiện thời tiết. Người Hà Lan đã phát triển một loại bê tông có thể tự hàn gắn các vết nứt và không cần bảo dưỡng. Các thành phần của xi măng đang phát triển trong việc tạo ra các đặc tính tự phục hồi trong xi măng. Basilisk Concrete là một loại bê tông tự phục hồi được phát triển ở Hà Lan. Hỗn hợp bê tông được trộn với các viên nang siêu nhỏ giải phóng nhựa epoxy giống như keo giúp hàn gắn các vết nứt hình thành. Loại bê tông này có thể được sử dụng cho đường phố, vỉa hè, v.v.

Lợi ích của bê tông tự phục hồi

a. Hiệu quả (Tiết kiệm năng lượng)

b. Bảo trì thấp (Tự phục hồi các vết nứt hình thành)

c. Tùy chọn vật liệu bền vững

d. Thời gian sử dụng lâu dài

• Xi Măng Phát Sáng

Xi măng/bê tông phát sáng là vật liệu xanh, thông minh và tự phát sáng. Vật liệu được phát triển bởi Tiến sĩ Jose Carlos Rubio từ Đại học Michoacan Saint Nicholas ở Hidalgo, Mexico. Vật liệu sáng tạo này sạc bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên vào ban ngày và phát ra ánh sáng vào ban đêm, nó sử dụng phương pháp sạc ánh sáng tự nhiên bền vững mà không cần sử dụng tài nguyên. Cấu trúc vi mô của xi măng được biến đổi để hấp thụ năng lượng mặt trời. Con đường dành cho xe đạp ở Eindhoven (2014) là một ví dụ sử dụng xi măng phát sáng.

Lợi ích của việc sử dụng xi măng phát quang 

a. Vật liệu bền vững 

b. Không lãng phí tài nguyên 

c. Sử dụng năng lượng hiệu quả (Tiết kiệm điện) 

d. Vật liệu có thể tái chế

• Sợi Carbon (Sợi than chì)

Sợi carbon được sử dụng để xây dựng do độ bền của nó và có thể được áp dụng cho các cấu trúc khác nhau. Vật liệu này được biết đến với các thuộc tính như sức mạnh, độ bền. Nó mạnh hơn và cứng hơn so với vật liệu thép truyền thống. Sợi carbon là những sợi mảnh (mảnh như sợi tóc) được dệt thành nhiều dạng theo thiết kế. Đây là vật liệu linh hoạt, có thể chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Lợi ích của sợi carbon 

a. Sức bền (mạnh hơn thép gấp 5 lần) 

b. Trọng lượng nhẹ (nhẹ hơn 2/3 lần) 

c. Bền bỉ và sử dụng lâu dài 

d. Kháng hóa chất tốt 

e. Sức chịu kéo cao.

• Aerogel (Khói đông lạnh)

Aerogel thường được gọi là “khói đông lạnh” là một vật liệu được sử dụng để cách nhiệt. Nó là một vật liệu cách nhiệt được điều chế bằng cách làm khô gel lỏng của amoniac, crom, thiếc hoặc carbon ở nhiệt độ siêu tới hạn. Công nghệ nano được triển khai để phát triển aerogel, có khả năng kháng lại năng lượng/nhiệt độ quá cao. Các biến thể của vật liệu Aerogel đang được phát triển. Green Earth Aerogel Technology, một công ty khởi nghiệp ở Tây Ban Nha, đã phát triển aerogel carbon từ phế thải lúa gạo và aerogel silica từ tro trấu. Aerogel được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt cho đường ống, dây điện, phụ gia sơn (lớp phủ bảo vệ) và lớp phủ chống cháy.

Lợi ích của Aerogel

a. Sức bền tốt 

b. Sử dụng không gian ít hơn (98% không gian trống) 

c. Ngăn nhiệt độ nóng và lạnh 

d. Chống lại tác động nặng nề của lửa/lạnh/âm thanh 

e. Trọng lượng nhẹ và có độ mờ trong tự nhiên 

f. Mật độ thấp nhưng bền bỉ (Được triển khai trong thành phần quân đội)

• Hydromembrane

Hydromembrane là một vật liệu phản ứng với độ ẩm và là vật liệu thay thế cho hệ thống làm mát sáng tạo. Đây là một vật liệu làm mát tổng hợp và thụ động nhờ vào sự biến đổi cấu trúc của nó khi tiếp xúc với độ ẩm. Việc chuyển đổi cấu trúc giúp điều chỉnh nhiệt bên trong của bất kỳ không gian nào. Đây là một phương pháp tiết kiệm năng lượng so với các hệ thống thông gió và làm mát không khí truyền thống. Sự biến dạng khi tiếp xúc với độ ẩm, làm tăng độ ẩm và tốc độ bay hơi dẫn đến làm mát.

Lợi ích của Hydromembrane

a. Phương pháp làm mát thông minh hơn 

b. Hiệu suất năng lượng 

c. Vật liệu màng đáp ứng 

d. Ứng dụng linh hoạt các quy mô khác nhau (vĩ mô và vi mô)

Biên dịch: Anh Tuấn | Parametric-architecture

Nguồn