智能水泥砖：建筑材料变身“绿色能源体”-新闻中心-玉田县长旺建材有限公司

这项突破的核心灵感，源于科学家对植物根茎的深度观察。自然界中，植物维管组织的层状木质结构不仅强韧，还能为离子传输提供“高速通道”。受此启发，团队创新开发了“双向冷冻冰模板法”——在搅拌混凝土时施加两个垂直冷源，让水形成层状冰晶，冰融化后形成一层水泥一层孔隙的交替结构，再填充柔性导电材料，成功复刻了植物维管的微观形态。

最关键的是，新型混凝土的外壳仍然不带电，人碰到也不会触电。“我们在其内部搭建有序的层状结构，可以实现发电和储能。最关键的是外壳仍然不带电和离子，人碰了也不会触电。”周扬教授表示。

两大核心技术模块

1. 自发电水泥：温差就是能源

自发电水泥利用离子热电效应——当材料两侧存在温差时，内部离子从热端向冷端迁移，就会产生电流。不同于“靠天吃饭”的光伏发电，只要存在温差就能持续发电，可以填补清洁能源受天气制约的供应缺口。

数据有多惊人？

上下表面温差1℃就能产生约40.5毫伏电量，比传统水泥基热电材料高出10倍
N型热电水泥的塞贝克系数是传统材料的10倍；P型热电水泥的热电转换效率是传统材料的42倍
4块魔方大小的自发电水泥块串联，即可产生3.1伏电压点亮LED灯泡

更厉害的是，自发电水泥在力学性能上同样表现优异——抗压强度提升60%、韧性增强近10倍，破解了传统热电材料力学性能不足的难题。

2. 自储电水泥：墙体就是“充电宝”

自储电水泥基于超级电容器原理，采用“三明治”结构：两侧水泥电极存储电荷，中间水泥电解质传输离子。研究人员介绍：“混凝土本身不导电，我们在混凝土内部搭建了离子通道，在保持水泥高强度的同时，将离子导电率提升6个数量级”。

关键数据：

循环寿命：20000次充放电循环后容量保持率仍达95%，与建筑50年寿命相当
离子电导率：基于特种磷酸镁水泥研发的材料，离子电导率高达101.1mS/cm，超越现有商用固态电池材料

一块20厘米见方的水泥块，充满电后就能给手机充电。若制成储能墙板，可存储居民住宅约一天的用电量，与光伏配套使用能提升光伏利用率30%以上，降低用电成本超过50%。

大象皮肤给的另一个灵感

除了发电储能，智能水泥砖还能降温。宾夕法尼亚大学杨澍教授团队受非洲大象皮肤启发，开发出新型硅藻土-水泥复合砖块，利用可编程裂纹网络实现高效被动冷却。

大象皮肤上起皱的裂纹网络能够像毛细管一样锁住水分并引导其流动，从而实现长时间保湿降温。团队在硅藻土-水泥复合材料中重现了这一结构：硅藻土的微纳米多孔结构使水滴能在50毫秒内被快速吸收，裂纹网络则作为毛细导管将水横向输运至整个表面。

在模拟住宅屋顶模型中，相同条件下硅藻土-水泥砖块下方温度稳定维持在约32°C，而开裂和未开裂的商业灰泥砖块下方温度分别达到约42°C和约52°C，温差达10-20°C。这种“六边形裂纹网络”可将有效冷却期延长至20小时以上。

已经能干什么？

可充电道路：“节假日期间，很多新能源车主都会担心车辆充电问题，而如果使用我们研发的新型水泥材料建造可发电可储电的‘零碳’服务区，那么车停在道面上即可以充电，再也不用抢充电桩了。”周扬教授表示。目前团队已与浙江省交通集团技术研究总院达成合作，可充电道面预计2025年底或2026年初落地。

零碳建筑：自发电、自储能水泥制成的墙板，可使建筑大幅降低对外部电网的依赖，变身“绿色能量体”。这种材料还可埋在桥梁、隧道里，既可以做传感器进行健康监测，又可以做大型的UPS电源。

偏远地区供电：无人基站、环境监测传感器等设备，将依靠水泥的自发电特性稳定运行，有效解决传统电源供应难题。

低空经济：自供电混凝土跑道既能为飞行器提供起降场地，又能在其停留时补充续航能量。

技术指标速览

能力	指标	通俗说法
温差发电	1℃→40.5mV	内外温差就是电
储能寿命	2万次(95%)	和房子一样耐用
力学性能	抗压+60%，韧性+10倍	比普通水泥更结实
被动降温	温差10-20℃	比普通砖低20°C
离子电导率	提升6个数量级	突破性进展
应用落地	可充电道面	2025年底见
安全性	外壳不导电	人碰了不会触电

未来已来

中国工程院院士、东南大学教授缪昌文表示：“我们要将传统水泥混凝土从‘环境负担’变成生态伙伴，这是一项巨大变革”。

目前智能砖从实验室走向工业化生产仍面临一些挑战：规模化工艺需保持一致性和提高效率，初期成本偏高需通过规模化降本，长期耐久性也需在实际建筑环境中持续跟踪验证。但正如科学家所言，当每一面墙都能发电、每一块砖都会“说话”、每一栋建筑都在学习，我们将迎来真正意义上的智能建筑时代。从“板砖”到“绿色能源体”，这场静默的革命正在重塑未来城市的模样。