智能材料

james2008

一个关于智能材料的简介

richardlian

具体来说智能材料需具备以下内涵：
（1）具有感知功能，能够检测并且可以识别外界（或者内部）的刺激强度，如电、光、热、应力、应变、化学、核辐射等；
（2）具有驱动功能，能够响应外界变化；
8 `+ u, L" G4 v! y  u0 Y（3）能够按照设定的方式选择和控制响应；
, ~, [5 y" e& @. q（4）反应比较灵敏、及时和恰当。
（5）当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态。
　　智能材料又可以称为敏感材料，其英文翻译也有若干种，常用的有Intelligent material、Intelligent material and structure、Smart material、Smart material and structure、Adaptive material and structure等。
% ~& J: }* r' N　　智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。
　　为增加感性认识，现举一个简单的应用了智能材料的例子：某些太阳镜的镜片当中含有智能材料，这种智能材料能感知周围的光，并能够对光的强弱进行判断，当光强时，它就变暗，当光弱时，它就会变的透明。
9 j1 T: s) r  s, m1.2  智能材料的特征
+ w6 M2 j7 L1 h+ k9 q, e' ]　　因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：
（1）传感功能（Sensor）
- m( x! p" \! ~/ R6 o7 T　　能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。
4 z; @# O( b) @3 N" e（2）反馈功能（Feedback）
" M! s) g/ T* V+ {" a　　可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。
; I" _$ k5 r; ^% o0 {$ Y& H6 b' z（3）信息识别与积累功能
　　能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。
% e" B* N9 _9 O( ~, K5 m（4）响应功能
　　能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。
9 b& {% j; X: ~9 H( E（5）自诊断能力（Self-diagnosis）
# I% ~3 S3 u  N0 Q' S! i　　能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。
（6）自修复能力（Self-recovery）
5 F$ p. m5 Z; R1 |6 d5 n6 b　　能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。
（7）自调节能力（Self-adjusting）
　　对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。
1.3  智能材料的构成
　　一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。
  y5 E- V" z- N- ~（1）基体材料
　　基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料。一般基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。
- P1 G5 i$ J. f- c  W（2）敏感材料
　　敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、PH值等）。常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。
（3）驱动材料
　　因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务。常用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用，这也是智能材料设计时可采用的一种思路。
- _' W( p' F8 @- }# p" ~/ G（4）其它功能材料
　　包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。
图所示为智能材料的基本构成和工作原理。
2 E% {7 Q8 I. M# P0 o" a2 y0 `1.4  智能材料的分类
　　智能材料是继天然材料、人造材料、精细材料之后的第四代功能材料。
' _* I# L2 t0 {0 A2 o# m　　因为现在可用于智能材料的材料种类不断扩大，所以智能材料的分类也只能是粗浅的，分类方法也有多种，一般若按功能来分可以分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电（磁）致伸缩材料等。若按来源来分，智能材料可以分为金属系智能材料、无机非金属系智能材料和高分子系智能材料。目前研究开发的金属系智能材料主要有形状记忆合金和形状记忆复合材料两大类；无机非金属系智能材料在电流变体、压电陶瓷、光致变色和电致变色材料等方面发展较快；高分子系智能材料的范围很广泛，作为智能材料的刺激响应性高分子凝胶的研究和开发非常活跃，其次还有智能高分子膜材、智能高分子粘合剂、智能型药物释放体系和智能高分子基复合材料等。

[ 本帖最后由 richardlian 于 2008-4-27 21:42 编辑 ]