文档介绍：智能材料
近30年研制出的一些新型功能材料,它们能随环境、时间变化而改变自己的性能/形状,好像具有智能
其中,形状记忆合金已崭露头角
智能材料是20世纪90年代迅速发展起来的一类新型材料,是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料
智能材料使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失,实现结构功能化、功能多样化的目标
智能材料已成为材料科学的一个重要前沿领域,有关研究及发展受到极大的重视
通过自繁殖、自生长、原位复合机制,修补局部损伤
自诊断能力
比对目前/过去状况,诊断并校正系统故障、判断失误等
自修复能力
自调节能力
自动调整自身结构/功能,使材料始终以优化方式响应外界变化
识别传感网络得到的各类信息,并将其积累起来
响应功能
适时动态地响应外界环境和内部条件变化
一般来说,智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料、信息处理器4部分构成
智能材料的构成
智能材料设计的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计
现有材料的性能一般比较单一,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材料复合构成一个智能材料系统
担负着传感任务,主要作用是感知环境变化(压力、温度、电磁场、pH值等)
常用敏感材料包括形状记忆材料、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、液晶材料等
驱动
材料
智能材料的构成
敏感
材料
在一定条件下,驱动材料可产生较大的应变和应力,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
驱动材料又是敏感材料,起到身兼二职的作用
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
智能材料的基本构成和工作原理
智能材料的构成
目前尚无统一的定义。不过,现有智能材料的多种定义大同小异
大体来说,智能材料就是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激,对之进行分析、处理、判断,并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料
智能材料的定义
智能材料又可以称为敏感材料,常用的有以下几种
Intelligent material
Intelligent material and structure
Smart material
Smart material and structure
Adaptive material and structure
智能材料的定义
具体来说,智能材料需具备以下5个内涵
(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
(3)能够按照设定的方式选择和控制响应
(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
智能材料的构想来源于仿生学,其目标是研制具有类似于各种生物功能的“活”的材料
智能材料必须具备感知、驱动和控制3个基本要素
某些太阳镜的镜片当中含有智能材料,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
智能材料举例
国外智能材料的研发方面已取得很多技术突破
如英国宇航公司在导线传感器,可用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况
英忆合金,寿命期具有百万次循环,且输出功率高,以它作制动器时,反应时间仅为10秒
智能材料的分类
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
按材料功能,可分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体、电(磁)致伸缩材料等
按材料来源,可分为金属系、无机非金属系、高分子系
金属系智能材料主要有形状记忆合金、形状记忆复合材料
无机非金属系智能材料有电流变体、压电陶瓷、光致变色和电致变色材料等
高分子系智能材料的范围很广泛,有高分子凝胶、智能高分子膜材、智能高分子粘合剂、智能型药物释放体系、智能高分子基复合材料等
智能材料在军事领域的应用
智能材料结构不仅象一般功能材料一样可以承受载荷,而且它还具有了其他功能材料所不具备的功能,能感知所处的内外部环境变化,并能通过改变其物理性能或形状等做出响应,借此实现自诊断、自适应、自修复等功能
作为智能传感元件的光纤用于飞机机翼的智能蒙皮中
在武器平台中植入智能蒙皮,可用于预警、隐身和通信
智能蒙皮的研究包括:含多种传感器的导弹预警卫星智能蒙皮
舰艇用智能蒙皮,提高舰艇隐身性能