毫无疑问,上海世博会让更多新型材料和科技有了“用武之地”。新材料和新技术不仅体现在场馆建设中,还和人们的日常生活消费息息相关。业内人士预计,和人们的衣、食、住、行等相关的新材料技术有望更广泛地应用并更好地造福人类。
衣:蕴含特殊功能的服装面料
本届世博会上各场馆工作人员的服装让参观者大饱眼福,还蕴含有先进科技和特殊功能,让人看到了高科技服装面料的“亲民性”,同时,旧衣服还能得到环保低碳的“归宿”。
由于世博会举办期间跨越多个季节,天气变化多端,所以志愿者的服装也特意做了针对性的设计:袖可以随意更改长短,裤长也可“伸缩”自如。此外,在服装的防雨抗风御寒等功能方面也进行了强化,志愿者服装的面料还具有瞬时降温的效果,当面料接触皮肤后可以产生降低温度1-2℃的瞬间冰凉感,如果是在长时间的日光照射下,产生的凉感温差可达3-5℃。这套服装采用白色和绿色的色彩搭配,体现了和谐、洁净与创新的主题。
特步为世博会园区志愿者提供了8万套专用服装,在面料选材上,使用天然、环保的棉质材料;制作工艺上,运用具有高科技含量的编织技术,达到了服装美观度与舒适度的双优要求。
世博瑞典馆工作人员制服的面料是有机棉、有机亚麻和可回收聚酯材料,非常环保。
德国馆工作人员的制服全部采用一种可回收的特种涤纶纤维制成,可以降解。在世博会结束后可以埋入地下分解用作肥料,就连染料和纽扣也不会在降解过程中产生污染。
在日本产业馆,服务人员所穿的和服均采用可回收的新型面料,这种面料由耐热生物塑料纤维和京都传统真丝织物“丹后绉绸”交织而成。世博会结束后,这些制服都将随日本产业馆其他设施一起被运回日本,经循环回收再利用系统进行加工再生产。
食:绿色环保新奇的餐饮
新材料在上海世博会的应用,不仅直接为游客的生活带来便利、还能让人很直观地感受新材料和科技的魅力——比如直饮水、生物质餐具、能当点心吃的筷子、能解决粮食问题的超级水稻、能培育超大果蔬的太空种子等等。
上海世博会期间,游客不能携带饮料和水入园,而是由世博会组织者为游客免费提供直饮水。免费饮水点的设置一方面满足了游客的饮水需求,另一方面也能让游客体验更为环保的饮水方式。这种直饮水设备是由同济大学等单位研制的膜生物反应器,其核心部件PVC膜是一根根酷似面条的淡黄色空心塑料管。据介绍,每一根“面条”的过滤孔径只有0.01微米,相当于头发丝的万分之一,水分子可以通过,其他大分子污染物则被截留,从而达到净化水质的效果。
世博园区供水管道的源水由浦东临江水厂及浦西南市水厂供应,两水厂均采用臭氧活性炭深度处理工艺,以保证出厂水水质良好。而世博园区内的直饮水设备则通过超滤膜起到终端净化的作用,彻底滤除自来水在管道输送过程中的二次污染。
世博会期间的一次性餐具,如杯子、托盘,包装盒等包装材料,不是使用传统塑料,而是用生物质材料——“玉米塑料”制成,就连世博会上使用的路牌、胸卡、磁卡等也是由源于玉米的聚乳酸材料制成,彰显了绿色理念。据了解,这种全新的生物质材料是将玉米等农作物通过生物发酵技术制备得到的一种聚乳酸材料,走的是一条从农作物到乳酸、聚乳酸、聚乳酸制品、再到自然降解的循环链。采用聚乳酸制备工艺,性价比高,既安全又能保证产量,用完的废弃杯子或包装盒将一并填埋进行自然降解,可循环利用,对环境无污染。
在最佳实践区伦敦零碳馆附设的零碳餐厅,顾客在品尝佳肴的同时,还能体验零碳理念。比如,零碳餐厅里的椅子用自来水水管拗成,桌子用旧轮胎拼接起来,饮料瓶则被做成吊顶、地灯、蜡烛台等小装饰。筷子其实是长条的巧克力饼干,饭后可以当甜点吃掉,省下了洗筷子所花费掉的水,也节省了一次性筷子要消耗的木材。餐厅所提供的食品,不少是有机食品。餐厨垃圾则被收集起来,进行厨余垃圾的生物发电。据说,到了夏天,零碳餐厅还将供应用“冰杯”盛放的鸡尾酒,喝完酒,杯子也可以吃掉。
在上海世博会中国馆“希望大地”展区,一片青青的稻田被安置在密闭的玻璃箱柜里,高及膝盖的水稻种在白色的椭圆形花盆中,全天都有白炽灯光呵护,盆里有人工放置的营养土,从表面来看,其养殖条件与盆栽鲜花似乎没什么两样。这一超级水稻是袁隆平教授从其杂交水稻工程技术研究中心培育到一定时期后,直接空运到上海世博会的,亩产将达800公斤左右,而现在通常的杂交水稻平均亩产不过450公斤。在中国馆内成功实验的家庭培育超级水稻的新技术,未来也能成功量产,届时农民可以不靠天吃饭,旱涝保收,因为在家就能种植水稻了。
位于浦西园区D片区的太空家园馆里,有一个“太空育种”展区。地球上的种子被带到太空后再返回,经历了强辐射、高升空和微重力,会产生变异,再通过几代的培育,其性能会非常优良,培育出来的蔬果个头大、外形美、抗病毒,营养成分也要高许多。一米多长的西葫芦、像足球般的茄子、碗口大的番茄……由于航天育种技术和人类直接相关,未来太空种子培育出来的太空食品将有望进入寻常百姓家。
住:大显身手的建筑材料
纵观历史上的世博场馆,实现形式都离不开建筑材料。世博馆中使用的材料要达到3个标准,即3R原则,降低资源消耗(Reduce)、材料是可重复使用的(Reuse)、循环使用(Recycles)。
穿行在世博园区,新材料的应用无所不在。在场馆建设中,中国自主研发的新材料纷纷亮相:智能温控玻璃镀膜,用在建筑物的玻璃上能实现冷热智能调节,保证建筑物隔热效果;自保温节能墙体材料,将淤泥烧结成砖,在保护环境的同时,可使建筑外墙随室外环境变化而变化;隔热保温板,具有耐久性能和高热阻值,能减少温室气体和其他污染气体的排放……
中国国家馆的外立面是由多种红色组合而成的“中国红”板,使用的是无放射、无污染的国产高性能氟碳涂料,其作用是能够在白昼阳光折射、夜间灯光投射及不同视觉高度等条件下,形成统一的具有沉稳和经典视觉效果的红色,而且,其颜色生命期长达15~20年。同时,外墙采用保温隔热的聚氨酯硬质泡沫材料和保温隔热涂料,让中国馆的建筑能耗比传统模式至少降低了25%。
被称为“阳光谷”的世博轴顶棚是长约800米、宽约90米的白色巨型大跨索膜结构,总展开面积达7万平方米,每片膜单片面积1800平方米,在世界上独树一帜。通过科技攻关,科研人员解决了膜材料安全系数的取值、风荷载取值和计算方法等难题,实现了世界上规模最大的张拉式索膜结构的设计施工。据悉,“阳光谷”的设计施工创出世界第一,顶棚膜结构为世界最大,在国内首次采用了具有自洁功能的加强型PTFE(聚四氟乙烯)碳素纤维材料,膜材料厚度虽然仅为1毫米,但强度高,设计张力达到5吨/平方米,具有难燃、防紫外线、抗风化、高反射等特点,使用寿命可超过100年。膜结构的碳素纤维材料大多来自进口,也有部分国产。为避免玻璃掉落造成人员伤害,其环状玻璃幕墙的两层玻璃之间夹入了聚乙烯醇缩丁醛(PVB)胶片,即使玻璃破碎其碎片也会与PVB胶片粘在一起。此外,透明玻璃与金属架连接处采用了高性能硅橡胶和化学黏合剂。
建筑保温中少不了聚氨酯隔热保温材料。由中石化、中石油和中海油联合建设的石油馆,其建筑外表皮由聚碳酸酯(PC)板材加工成管道单元,经纵横交错“编织”而成,面积达3600平方米,是国内首创采用如此大面积的异形PC板材作为建筑外表皮。据了解,PC板材具有很高的透光率及质量轻、抗冲击、隔热、防结露、节能等特点,与相同厚度的传统板材相比,可节省25%的能源。由于与建筑同寿命的PC“外衣”和建筑物外墙之间留有空隙,形成了保温隔热的空气夹层,是极佳的遮阳板,既美观又实用。另外,由于石油馆设立了4D影院,设计方在减振降噪方面,采用水性多功能阻尼涂料。这种涂料以水为溶剂,不污染环境,阻尼性能好,可以在较宽温度/频率范围内发挥减振、降噪、消声和隔声作用。
上海企业联合馆的外围立面材料也采用聚碳酸酯透明塑料管,将各种技术设备管线容纳其中,共同构成建筑虚幻隐约的外立面……
中国航空馆建筑蕴含着绿色和环保的理念,造型通过空间不规则的网壳和覆盖的膜来实现,需要非常精准的钢结构加工和膜的剪裁。其表面的聚氯乙烯(PVC)膜厚度仅为0.7毫米,却足以承受一个正常成人的体重。这种PVC膜表面还有一层二氧化钛光触媒的涂层,这种涂层在氧化反应中会产生超亲水现象,使表面不易附着脏物,从而提高了抗污性。二氧化钛光触媒能够吸收紫外光,可延长膜的使用寿命。另外,光触媒还能释放负氧离子,对一氧化碳、碳氢化合物等有强大的氧化作用,使之变成二氧化碳和水,从而净化了空气。
世博会山西馆外形设计以体现节能环保理念材料——粉煤灰加气砌块为主材,提供该材料的是近年来在循环经济方面走在全国钢铁企业前面的太钢集团。粉煤灰加气混凝土砌块取材于工业废料,属微孔结构,具有重量轻、保温隔热性能好的优点,是国家大力倡导的低碳节能型建筑材料,也是太钢走循环经济之路变废为宝的项目之一。
行:神奇“外衣”铺就的道路
上海世博园区的道路会呼吸、会透水,行车不会打滑,也没有水雾和溅水。这得益于世博园区道路有一层神奇“外衣”。
据了解,这种神奇“外衣”就是新型的透水沥青混凝土,也叫排水性混凝土。它比普通的沥青混凝土孔隙率提高了15%,能使雨水通过该层内部的连通空隙沿路面横坡排出路外,而不至于在道路表面形成水膜和径流,排水能力比普通沥青路面提高4-5倍。同时,比普通路面降低噪音3-5分贝,抗变形能力提高1.5-4倍,比普通的高速公路路面更经久耐用。
由上海城建第一市政负责施工的世博园浦东园区的11条道路,总长约10公里,总面积达18.8万平方米,共需摊铺沥青混合料达7万吨。这种新材料综合成本比一般沥青铺装高10%左右,如果大规模应用成本会有所降低。透水沥青混凝土将成为城市市政道路“升级版”选材。
上海世博园区的道路建设不仅应用了这一项新材料。根据上海市市政工程管理处、上海市市政规划研究院共同编制完成的《世博园区道路新技术应用指导意见》,在世博园区道路新技术推广应用过程中,选择安全舒适、经济适用、生态环保、美观大方的道路系统技术方案。
该方案提供了17类新材料和技术,具体包括:SBS改性沥青、纤维材料、SMA路面、旧路路面(水泥、沥青)再生利用、水泥稳定碎石基层、柔性基层沥青路面、碾压灰渣混凝土基层材料、绿色混凝土、排水降噪路面、生态环保透水路面、彩色路面、生活垃圾焚烧炉渣集料路面砖、废旧轮胎橡胶沥青应用技术、弹性铺面、一体化的侧平石、新颖复合材料井盖和再生材料制成的道路护栏等。