石墨烯：未来智慧城市的基石，建筑血液，汽车的移动充电桩

先进材料的创新提供了颠覆性的潜力，可以改变我们建造未来城市的方式，让它们更环保、更智能。建筑业与所谓的基础工业有关，包括水泥、玻璃、陶瓷、金属、纸张和大宗化工等行业，每年总共生产2800万吨材料，占二氧化碳排放总量的10%。

如果我们考虑到《气候变化法案》和英国政府呼吁到2050年将碳排放量在1990年的水平上减少80%，那么新材料的创新将极大地帮助城市规划者、开发商和建筑商从根本上构建一个零碳世界。

具体的减排

一个明显的备选方案是将石墨烯放入混凝土中。根据国际事务研究所查塔姆研究所的数据，全球水泥（将混凝土粘合在一起的“粘合剂”）的产量占全球二氧化碳产量的8%，令人震惊。

最近的石墨烯增强混凝土试验非常有前景。研究人员对在混凝土中添加微量石墨烯和氧化石墨烯的各种研究进行了回顾，仅仅添加0.03%的石墨烯粉末就能使混凝土的强度平均提高25%。

考虑到水泥生产在全球二氧化碳排放中所占的比例，因此可以认为，添加石墨烯可使混凝土生产效率提高25%，反过来，我们可以看到这贯穿整个供应链，并有可能实现全球二氧化碳水平降低2%的目标。这是一个令人兴奋的研究，也是一个值得长时间讨论的命题。但关键是，在混凝土等建筑材料中加入适量的石墨烯，我们可以期待对环境产生转变性的影响。

智慧城市

改善建筑材料的可持续性的想法显然是我们应该高度关注的，但另一个非常有趣的可能被忽视的领域是我们如何利用先进材料的好处来支持未来的智慧城市。智能城市被视为一种方式，通过采用数字技术，使我们的城市环境更加高效和绿色，例如，可以更好地整合和管理我们的公用事业和能源系统。

然而，如果这种技术直接嵌入到建筑和基础设施的材料中会怎么样呢？石墨烯和更广泛的二维材料家族，以及这些超薄层的无穷无尽的组合来开发全新的“设计材料”（我统称为“石墨烯”），令人兴奋的是它们非凡的多功能能力。这种材料将是开发新一代智能基础设施的理想材料。

先进的公路网络

例如，石墨烯工程创新中心目前正在与英国高速公路公司、负责英国大部分道路网络的政府以及全球领先的自然和建筑资产设计和咨询公司合作多项项目。

研究人员正在解决道路网络的难题。例如，当电路需要应用到网络（通常是在地下），以及开发技术的可行性，可以嵌入到道路结构本身，并与公路同时铺设，作为结构的一个组成部分。

道路本身能给汽车充电吗？

但是，如果我们能够在构成一个城镇或城市的所有基础设施和建筑中使用石墨烯会怎么样呢？它将改变连通性，使我们所建环境的结构对我们的日常需求做出反应。

所以，我们可以想象一下，在我们的道路网络中嵌入的充电站，每当一辆电动汽车在红绿灯前停下来或停在停车场时，它都可以在原地充电。如果未来的汽车使用混合能源存储（即带有超级电容器单元的电池动力系统，那么它们就可以愉快地在城里行驶时快速充电。当然，这些电池和超级电容器将以新材料为特色，使它们比我们今天被迫使用的储能设备更有效地运行。

传感器技术也可以取得类似的进步，如果城市想要达到更智能、更高效、最终更环保所需的水平，这将是至关重要的。石墨烯与传感器是天然的组合，因为石墨烯具有巨大的地对容比、独特的光学性能、优异的导电性和迁移率以及高导热性，这些都可以极大地增强一系列传感器的功能。

石墨烯和先进材料在使我们的建筑和基础设施更加绿色和智能方面可能发挥巨大作用。当我们期待着迎接气候变化的挑战并致力于“更好地重建”时，我确信我们需要更迫切地探索先进材料如何为一个令人兴奋的新未来提供构建模块。