智能材料綜述

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1、智能材料綜述智能材料綜述2011012460孟雨辰摘要1智能材料分類智能材料的分類方法冇很多種。根據(jù)材料的來(lái)源，智能材料包括金屬系智能材料、非金屬系智能材料以及高分子系智能材料。金屬系智能材料金屬材料因強(qiáng)度人、耐熱且耐腐蝕，常在航空航犬和原子能工業(yè)屮用作結(jié)構(gòu)材料。金屬材料在作用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生疲勞龜裂及蠕變變形而損傷。期望金屬系智能結(jié)構(gòu)材料不但可以檢測(cè)自身的損傷，而且可將其抑制，具冇自我修復(fù)功能，從而確保結(jié)構(gòu)物的可靠性。冃前研究和開發(fā)的金屬系智能材料主要有以下兩類。1.形狀記憶合金形狀記憶合金是利用應(yīng)力和溫度誘發(fā)相變的機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)形狀記憶功能的一類材料。其特點(diǎn)是

2、:將己在高溫下定型的形狀記憶合金，置于低溫或常溫下使其產(chǎn)生塑性變形,當(dāng)環(huán)境溫度升高到臨界溫度（相變溫度）時(shí)，合金變形消失并可恢復(fù)到定型時(shí)的原始狀態(tài)。2.形狀記憶復(fù)合材料形狀記憶高分子聚合物是指貝有初始形狀，經(jīng)行變并固定之后，可以通過(guò)加熱等方法改變外部條件，使其恢復(fù)初始形狀的聚合物。這類形狀記憶復(fù)合功能元件可與金屬、高分子材料及混凝土等各種復(fù)合材料組成機(jī)敏結(jié)構(gòu)材料.非金屬系智能材料非金屬智能材料的初步智能性是考慮局部可吸收外力以防材料整體破壞。近幾年來(lái)，以下幾類非金屬系智能材料發(fā)展較快:1.電（磁）致流變流體材料電致流變流體材料和磁致流變流體材料都是智能系統(tǒng)

3、與機(jī)構(gòu)屮執(zhí)行器的主選材料,由于它們具有響應(yīng)快速、連續(xù)可調(diào)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，故其應(yīng)用無(wú)疑會(huì)給許多新技術(shù)和新學(xué)科的發(fā)展帶來(lái)革命性的變化。據(jù)報(bào)導(dǎo)，電（磁）流變體的岀現(xiàn)，已導(dǎo)致全世界50%以上的液壓系統(tǒng)和器件需待重新設(shè)計(jì)。2.電致仲縮材料壓電效應(yīng)是對(duì)某種電介質(zhì)施加壓力則出現(xiàn)M應(yīng)力量相應(yīng)的極化，反Z施加電場(chǎng)則產(chǎn)生應(yīng)變的現(xiàn)彖。壓電材料的特點(diǎn)在于其町作感測(cè)器、制動(dòng)器。壓電陶瓷己成功地用于各種光跟蹤系統(tǒng)、機(jī)器人的定位器、噴墨打印機(jī)以及噪聲和振動(dòng)的主動(dòng)控制系統(tǒng)等。3.光致變色和電致變色材料電致變色機(jī)敏窗（ESW）是一種可以改變?nèi)肷漭椛渚€吸收譜的多層膜結(jié)構(gòu)裝置。若其吸收譜處于可

4、見光波段時(shí)，則可顯示顏色變化。此類EWS可用于建筑物和車輛窗戶的調(diào)光。陳艾等利用溶膠■?凝膠法，以MnO3和WO3復(fù)合制備電致變色薄膜，使混合膜的光吸收峰向高光子能量方向遷移。生物界的變色龍能夠在不同壞境下變幻出五彩繽紛的顏色，4.磁致伸縮材料磁致仲縮材料是一種同時(shí)兼具正逆磁機(jī)械耦合特性的功能材料。當(dāng)它受到外加磁場(chǎng)作用時(shí),便會(huì)產(chǎn)生彈性變形;若對(duì)其施加作用力，則其形成的磁場(chǎng)將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。故磁致伸縮材料在智能系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)中，常被用作傳感器和驅(qū)動(dòng)器（執(zhí)行器）。高分子系智能材料高分了系智能材料的范圍很廣。作為智能材料的高分子凝膠的研究與開發(fā)十分活躍，其次還有智

5、能高分子膜材、智能高分子粘合劑、智能藥物釋放體系和智能高分子復(fù)合材料【6】。1.智能高分子膜材高分子膜材具有物質(zhì)滲透和分離功能，現(xiàn)正構(gòu)象及分子聚集休變化，制成穩(wěn)定性優(yōu)界的膜材，它對(duì)以牛:體膜為模型研究開發(fā)刺激響應(yīng)性多肽膜，利用可逆的構(gòu)象及分子聚集體變化，制成穩(wěn)定性優(yōu)異的膜材，它對(duì)物質(zhì)的滲透作用可隨鈣離了濃度、pH值及電場(chǎng)刺激而變化。目前研究主要集屮于增人響應(yīng)感度和改善其通-斷控制等。2.智能高分子粘合劑高分子材料與金屬和無(wú)機(jī)非金屈材料不同，屬于鏈段可隨壞境變化而重排、改組。利川這種界而的刺激響應(yīng)性，姚康德等設(shè)計(jì)了智能屈分子粘合劑，它可用來(lái)粘合極性和非極性的

6、基材。這是由于粘極性材料時(shí)它表面層的極性部分響應(yīng)，而粘非極性材料時(shí)它表面層的非極性部分響應(yīng)的緣故。3.智能藥物釋放體系智1能高分子材料作為牛物醫(yī)用材料，其應(yīng)用前景十分廣闊。如以具制成藥物釋放體系（DDS）載體材料，則這類DDS可依據(jù)病灶所引起的化學(xué)物質(zhì)或物理量（信號(hào)）的變化，自反饋控制藥物釋放的通斷特性。如血液濃度響應(yīng)的胰島索釋放體系可冇效地把糖尿病患者的血糊濃度維持在正常水平，這是利用多價(jià)拜基與硼酸基的可逆鍵合作為對(duì)匍萄糖敏感的傳感部分。這種藥物釋放體系有助于避免產(chǎn)牛與疾病有關(guān)的并發(fā)癥。4.智能高分子復(fù)合材料利用智能材料的概念可開發(fā)斷裂傳感器，使結(jié)構(gòu)材料

7、具有斷裂1‘1診斷性。測(cè)定碳纖維/玻璃纖維增強(qiáng)塑料的荷載-應(yīng)變-電阻值，繪制成L-S-RIlli線，發(fā)現(xiàn)電阻隨形變?cè)龃?，卸載有殘留電阻的特點(diǎn)，表明纖維間及纖維界面會(huì)產(chǎn)生滯后，這是復(fù)合材料對(duì)過(guò)去承受最大變形的記憶功能。由此町以通過(guò)電阻變化預(yù)測(cè)破壞，從而預(yù)防材料斷裂。可將所研究的表面形變感器用于一般結(jié)構(gòu)材料。5.光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維，冇時(shí)亦可稱為智能光纖。眾所周知，智能材料系統(tǒng)必須具備的最關(guān)鍵的功能z—是“傳感”。市于光纖具有其它任何材料都無(wú)法比擬的優(yōu)界的傳輸功能，可以隨時(shí)提供描述系統(tǒng)狀態(tài)的準(zhǔn)確信息，因此理所當(dāng)然地成了最重要的倍息傳輸材料,廣泛地應(yīng)用于各通信領(lǐng)域，

8、并充任了智能材料系統(tǒng)中“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的關(guān)鍵角色。同時(shí)，乂由于通過(guò)分析