新加坡經常被譽為全球首屈一指的智慧城市。隨著全球城市變得越來越智能，基礎設施將如何支持智慧城市發展？領先的復合材料技術公司Exel Composites的營銷主管Robert Glass解釋了復合材料如何幫助推動智慧城市的發展。公共交通系統是智慧城市的一個關鍵要素。為了優化通勤，智慧城市需要傳感器來積累和管控大量的交通數據。顯然，響應數據基礎設施將與當今的電力和水務基礎設施同樣重要。為了支持此基礎設施，復合材料將在提供不間斷的數據流中發揮關鍵作用。

復合材料為保護數據基礎設施提供了極大的可能性。與屏蔽這些信號的金屬不同，玻璃鋼之類的復合材料是透波的。這使復合材料成為理想的材料，可以在整個智慧城市中連續不斷地傳輸數據。

復合材料是人們運用先進的材料制備技術將不同性質的材料組分優化組合而成的新材料。一般定義的復合材料需滿足以下條件：

（i） 復合材料必須是人造的，是人們根據需要設計制造的材料;

（ii） 復合材料必須由兩種或兩種以上化學、物理性質不同的材料組分，以所設計的形式、比例、分布組合而成，各組分之間有明顯的界面存在;

（iii）它具有結構可設計性，可進行復合結構設計;

（iv） 復合材料不僅保持各組分材料性能的優點，而且通過各組分性能的互補和關聯可以獲得單一組成材料所不能達到的綜合性能。

復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬。

復合材料中以纖維增強材料應用最廣、用量最大。其特點是比重小、比強度和比模量大。例如碳纖維與環氧樹脂復合的材料，其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數倍，還具有優良的化學穩定性、減摩耐磨、自潤滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復合可得到熱膨脹系數幾乎等于零的材料。纖維增強材料的另一個特點是各向異性，因此可按制件不同部位的強度要求設計纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復合材料，在500℃時仍能保持足夠的強度和模量。碳化硅纖維與鈦復合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發動機風扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復合， 使用溫度可達1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強碳、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨，構成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導彈和原子能反應堆中。非金屬基復合材料由于密度小，用于汽車和飛機可減輕重量、提高速度、節約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復合材料片彈簧，其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當。

5G成為智慧城市發展中的另一個關鍵推動力。玻璃鋼天線可以隱藏在燈桿和交通信號燈等現有基礎設施中，使城市可以輕松地集成該技術。復合材料的輕質、耐腐蝕和透波的特性，有助于在當今和未來的智慧城市中推動數據傳輸。

基礎設施對短波頻率形成了進一步的障礙，可能會導致5G擊墻。由于其超低延遲，5G的可用性可能會大幅降低，因為其高頻可能難以穿透建筑物。由于80％的設備在建筑物內部使用，因此這種損失或可用性下降會嚴重影響該技術的采用。

但是，將玻璃鋼構件結合到建筑物中（例如在門窗框架中）將有助于減少信號進入我們的房屋減弱的情況。此外，由于玻璃鋼能夠承受強烈的紫外線、極端溫度和濕度的變化，復合材料部件還為智能城市建筑提供了耐用的材料，從而降低了整體生命周期成本。

為了優化公共交通，復合材料可以提供一種輕量化解決方案。復合材料用于整個車輛，這有助于節省燃料，減少污染并降低車輛生命周期的維護成本。

智慧城市不再是未來。復合材料在智慧城市的成功中扮演著重要的角色，它們的一系列優勢打造了持久的解決方案。

責任編輯：gt