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納米技術在建造業的應用前景

鄭智友
劉教授介紹納米技術與3D打印對建築業的影響。
劉教授介紹納米技術與3D打印對建築業的影響。
 

香港城市大學(城大)建築學及土木工程學系土木工程學講座教授劉錦茂教授1月25日主持最新一場「校長講座系列:學術薈萃」講座,題為「土木工程中的納米探索」,介紹納米技術在土木工程領域的發展、挑戰及應用潛力。

劉教授的講座主題有二,一是納米技術在水泥生產的應用,二是建築業的3D打印技術。

劉教授說:「納米技術在土木工程領域尚處於初步發展階段,對於在土木工程領域使用該技術的主要效益及挑戰可作更多探討。」他的研究領域涵蓋計算力學、多尺度力學、材料建模等。

水泥生產的挑戰,是要找到使生產過程更便宜、產品更堅固的方法。劉教授的研究就是探索如何運用納米材料製造可抵受極度高溫的材料。劉教授說,納米材料降低了水泥的滲透性,因此減少纖維之間的空隙,提升抗壓與抗拉強度。

Professor Liew
劉教授

 

使用納米材料製造更堅固的水泥產品還有一個長遠目標,就是減少廢物和對資源的需求,使建築業更環保、成本更低廉。

建築業與水泥相關的另一項進展是3D打印技術。大體而言,建築業生產力現狀不如人意。劉教授說:「自1960年代末期,美國的建築生產力已暴跌一半,令人震驚。」他在2011年至2017年擔任城大建築學及土木工程學系系主任,此前曾任新加坡南洋理工大學終身教授、南洋超級計算與可視化中心創始主任。

他指出,建築需求的波動令建築商減少了投資,因而加劇該行業的惡化。

劉教授說,3D打印發展前景廣闊。在建造建築物外牆時,3D打印技術能夠維持複雜的幾何圖案,傳統建築技術則較難處理;同時,無論是製作小型物件還是大型複雜結構,這項技術亦頗具潛力。

但是一些相關問題仍有待解決,例如3D打印物件的加固及支撐結構,以及水泥在使用過程中的軟硬強度。不過劉教授指,3D打印依然大有應用潛力。他舉例說,3D打印將成為推動印度營建更多公共廁所的有效方法,而這項措施恰好配合比爾.蓋茨所支持在2019年前於印度建造7,500萬個廁所的計劃。

演講結束前,劉教授介紹了多種納米技術發展,這些技術或許很快可使日常生活更便利,比如能夠防止建築物腐蝕的納米粒子、可製作超輕自行車車架的納米材料,以及能預防衣服染色的納米織物。