• 智能材料



    智能材料 




           智能材料(Intelligent material),是一種能感知外部刺激,能夠判斷并適當處理且本身可執行的新型功能材料。智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設計材料之后的第四代材料,是現代高技術新材料發展的重要方向之一,將支撐未來高技術的發展,使傳統意義下的功能材料和結構材料之間的界線逐漸消失,實現結構功能化、功能多樣化。科學家預言,智能材料的研制和大規模應用將導致材料科學發展的重大革命。一般說來,智能材料有七大功能,即傳感功能、反饋功能、信息識別與積累功能、響應功能、自診斷能力、自修復能力和自適應能力。




         


    定義


    智能材料還沒有統一的定義。不過,現有的智能材料的多種定義仍然是大同小異。大體來說,智能材料就是指具有感知環境(包括內環境和外環境)刺激,對之進行分析、處理、判斷,并采取一定的措施進行適度響應的智能特征的材料。具體來說,智能材料需具備以下內涵:
    (1)具有感知功能,能夠檢測并且可以識別外界(或者內部)的刺激強度,如電,光,熱,應力,應變,化學,核輻射等;
    (2)具有驅動功能,能夠響應外界變化;
    (3)能夠按照設定的方式選擇和控制響應;
    (4)反應比較靈敏,及時和恰當;
    (5)當外部刺激消除后,能夠迅速恢復到原始狀態。

    智能材料又可以稱為敏感材料,其英文翻譯也有若干種,常用的有Intelligent material,Intelligent material and structure,Smart material,Smart material and structure,Adaptive material and structure等.。



    作為一種新型材料,一般認為,智能材料由傳感器或敏感元件等與傳統材料結合而成。這種材料可以自我發現故障,自我修復,并根據實際情況作出優化反應,發揮控制功能。 智能材料可分為兩大類:
    (1)嵌入式智能材料,又稱智能材料結構或智能材料系統。在基體材料中,嵌入具有傳感、動作和處理功能的三種原始材料。傳感元件采集和檢測外界環境給予的信息,控制處理器指揮和激勵驅動元件,執行相應的動作。
    (2)有些材料微觀結構本身就具有智能功能,能夠隨著環境和時間的變化改變自己的性能,如自濾玻璃、受輻射時性能自衰減的Inp半導體等。
    這只是一種比較籠統的分類方法,由于智能材料還在不斷的研究和開發之中,因此相繼又出現了許多具有智能結構的新型的智能材料。如,英國宇航公司在導線傳感器,用于測試飛機蒙皮上的應變與溫度情況;英國開發出一種快速反應形狀記憶合金,壽命期具有百萬次循環,且輸出功率高,以它作制動器時、反應時間,僅為10分鐘;在壓電材料磁致伸縮材料、導電高分子材料、電流變液磁流變液等智能材料驅動組件材料在航空上的應用取得大量創新成果。


    一般來說智能材料由基體材料、敏感材料、驅動材料和信息處理器四部分構成。
    (1)基體材料
    基體材料擔負著承載的作用,一般宜選用輕質材料。一般基體材料首選高分子材料,因為其重量輕、耐腐蝕,尤其具有粘彈性的非線性特征。其次也可選用金屬材料,以輕質有色合金為主。
    (2)敏感材料
    敏感材料擔負著傳感的任務,其主要作用是感知環境變化(包括壓力、應力、溫度、電磁場、PH值等)。常用敏感材料如形狀記憶材料、壓電材料、光纖材料、磁致伸縮材料、電致變色材料、電流變體、磁流變體和液晶材料等。
    (3)驅動材料
    因為在一定條件下驅動材料可產生較大的應變和應力,所以它擔負著響應和控制的任務。常用有效驅動材料如形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等。可以看出,這些材料既是驅動材料又是敏感材料,顯然起到了身兼二職的作用,這也是智能材料設計時可采用的一種思路。
    (4)其它功能材料
    包括導電材料、磁性材料、光纖和半導體材料等。




      


    智能材料是一種集材料與結構、智然處理、執行系統、控制系統和傳感系統于一體的復雜的材料體系。它的設計與合成幾乎橫跨所有的高技術學科領域。構成智能材料的基本材料組元有壓電材料、形狀記憶材料、光導纖維、電(磁)流變液、磁致伸縮材料和智能高分子材料等。智能材料的出現將使人類文明進入一個新的高度,但距離實用階段還有一定的距離。


        

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