石墨烯：未來智慧城市的基石，建築血液，汽車的移動充電樁

先進材料的創新提供了顛覆性的潛力，可以改變我們建造未來城市的方式，讓它們更環保、更智能。建築業與所謂的基礎工業有關，包括水泥、玻璃、陶瓷、金屬、紙張和大宗化工等行業，每年總共生產2800萬噸材料，佔二氧化碳排放總量的10%。

如果我們考慮到《氣候變化法案》和英國政府呼籲到2050年將碳排放量在1990年的水平上減少80%，那麼新材料的創新將極大地幫助城市規劃者、開發商和建築商從根本上構建一個零碳世界。

具體的減排

一個明顯的備選方案是將石墨烯放入混凝土中。根據國際事務研究所查塔姆研究所的數據，全球水泥(將混凝土粘合在一起的“粘合劑”)的產量佔全球二氧化碳產量的8%，令人震驚。

最近的石墨烯增強混凝土實驗非常有前景。研究人員對在混凝土中添加微量石墨烯和氧化石墨烯的各種研究進行了回顧，僅僅添加0.03%的石墨烯粉末就能使混凝土的強度平均提高25%。

考慮到水泥生產在全球二氧化碳排放中所佔的比例，因此可以認為，添加石墨烯可使混凝土生產效率提高25%，反過來，我們可以看到這貫穿整個供應鏈，並有可能實現全球二氧化碳水平降低2%的目標。這是一個令人興奮的研究，也是一個值得長時間討論的命題。但關鍵是，在混凝土等建築材料中加入適量的石墨烯，我們可以期待對環境產生轉變性的影響。

智慧城市

改善建築材料的可持續性的想法顯然是我們應該高度關注的，但另一個非常有趣的可能被忽視的領域是我們如何利用先進材料的好處來支持未來的智慧城市。智能城市被視為一種方式，通過採用數字技術，使我們的城市環境更加高效和綠色，例如，可以更好地整合和管理我們的公用事業和能源系統。

然而，如果這種技術直接嵌入到建築和基礎設施的材料中會怎麼樣呢？石墨烯和更廣泛的二維材料家族，以及這些超薄層的無窮無盡的組合來開發全新的“設計材料”（我統稱為“石墨烯”），令人興奮的是它們非凡的多功能能力。這種材料將是開發新一代智能基礎設施的理想材料。

先進的公路網絡

例如，石墨烯工程創新中心目前正在與英國高速公路公司、負責英國大部分道路網絡的政府以及全球領先的自然和建築資產設計和諮詢公司合作多項項目。

研究人員正在解決道路網絡的難題。例如，當電路需要應用到網絡（通常是在地下），以及開發技術的可行性，可以嵌入到道路結構本身，並與公路同時鋪設，作為結構的一個組成部分。

道路本身能給汽車充電嗎？

但是，如果我們能夠在構成一個城鎮或城市的所有基礎設施和建築中使用石墨烯會怎麼樣呢？它將改變連通性，使我們所建環境的結構對我們的日常需求做出反應。

所以，我們可以想象一下，在我們的道路網絡中嵌入的充電站，每當一輛電動汽車在紅綠燈前停下來或停在停車場時，它都可以在原地充電。如果未來的汽車使用混合能源存儲（即帶有超級電容器單元的電池動力系統，那麼它們就可以愉快地在城裏行駛時快速充電。當然，這些電池和超級電容器將以新材料為特色，使它們比我們今天被迫使用的儲能設備更有效地運行。

傳感器技術也可以取得類似的進步，如果城市想要達到更智能、更高效、最終更環保所需的水平，這將是至關重要的。石墨烯與傳感器是天然的組合，因為石墨烯具有巨大的地對容比、獨特的光學性能、優異的導電性和遷移率以及高導熱性，這些都可以極大地增強一系列傳感器的功能。

石墨烯和先進材料在使我們的建築和基礎設施更加綠色和智能方面可能發揮巨大作用。當我們期待着迎接氣候變化的挑戰並致力於“更好地重建”時，我確信我們需要更迫切地探索先進材料如何為一個令人興奮的新未來提供構建模塊。