第六章 智能材料05形状记忆材料

第八章

智 能 材 料

第一节

智能材料基本原理 智能材料基本原理1、什么是智能材料 2、智能材料的特征 3、智能材料的构成 4、智能材料的分类2

1、什么是智能材料？ 什么是智能材料？智能材料是二十世纪 年代 智能材料是二十世纪90年代迅速发展 年代迅速发展 起来的一类新型复合材料。 起来的一类新型复合材料。 新型复合材料 智能材料目前还没有统一的定义， 智能材料目前还没有统一的定义，不 还没有统一的定义 过，现有的智能材料的多种定义仍然是大 现有的智能材料的多种定义仍然是大 智能材料的多种定义 同小异。 同小异。3

大体来说，智能材料就是指具有感知 大体来说，智能材料就是指具有感知 就是指具有 环境(包括内环境和外环境)刺激， 环境(包括内环境和外环境)刺激，对之 进行分析、处理、判断， 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。 施进行适度响应的智能特征的材料。

具体来说，智能材料需具备以下内涵 具体来说，智能材料需具备以下内涵： 需具备以下内涵： (1)具有感知功能，能够检测并且可以识 具有感知功能 具有感知功能， 别外界(或者内部 的刺激强度，如电、光、 或者内部)的 外界 或者内部 刺激强度，如电、 应力、应变、化学、核辐射等； 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； 具有驱动功能 能够响应外界变化； 具有驱动功能， 响应外界变化 (3)能够按照设定的方式选择和控制响应； 能够按照设定的方式选择和控制响应 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； 反应比较灵敏 及时和恰当； 反应比较灵敏、 (5)当外部刺激消除后，能够迅速恢复到 当外部刺激消除后，能够迅速恢复到 当外部刺激消除后 原始状态。 原始状态。6

智能材料又可以称为敏感材料 智能材料又可以称为敏感材料，常用 又可以称为敏感材料， 的有以下几种： 的有以下几种： Intelligent material、 、 Intelligent material and structure、 、 Smart material、 、 Smart material and structure、 、 Adaptive material and structure等。 等7

智能材料的构想来源于仿生学， 智能材料的构想来源于仿生学，它的 来源于仿生学 目标就是想研制出一种材料，使它成为具 目标就是想研制出一种材料，使它成为具 研制出一种材料 有类似于生物的各种功能的 有类似于生物的各种功能的“活”的材料。 的材料。 因此智能材料必须具备感知 驱动和 智能材料必须具备感知、 因此智能材料必须具备感知、驱动和 控制这三个基本要素。 控制这三

个基本要素。 这三个基本要素8

但是现有的材料一般比较单一 但是现有的材料一般比较单一，难以 现有的材料一般比较单一， 满足智能材料的要求，所以智能材料 智能材料一般 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 两种或两种以上的材料复合构成一个智 复合构成一个 能材料系统。 能材料系统。

这就使得智能材料的设计、制造、 这就使得智能材料的设计、制造、加 智能材料的设计 工和性能结构特征均涉及到了材料学的最 工和性能结构特征均涉及到了材料学的最 均涉及到了 前沿领域，使智能材料代表了材料科学的 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。 最活跃方面和最先进的发展方向。

智能材料应用的简单事例： 智能材料应用的简单事例： 某些太阳镜的镜片当中含有智能材料 某些太阳镜的镜片当中含有智能材料， 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 这种智能材料能感知周围的光，并能够对光 感知周围的光 的强弱进行判断，当光强时，它就变暗， 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。 光弱时，它就会变的透明。

2、智能材料的特征因为设计智能材料的两个指导思想是 因为设计智能材料的两个指导思想是 设计智能材料的两个指导思想 材料的多功能复合和材料的仿生设计， 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 智能材料系统具有或部分具有如下的智 具有或部分具有如下的 能功能和生命特征： 能功能和生命特征：12

(1)传感功能(Sensor) (1)传感功能(Sensor) 传感功能能够感知 感知外界或自身所处的环境条 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、 如负载、应力、应变、振动、 光、电、磁、化学、核辐射等的强度 化学、 及其变化。 及其变化。13

(2)反馈功能(Feedback) (2)反馈功能(Feedback) 反馈功能可通过传感网络 对系统输入与输出信 传感网络， 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。 息进行对比，并将其结果提供给控制系统。 控制系统

(3)信息识别与积累功能 (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 能够识别传感网络得到的各类信息 并将其积累起来。 并将其积累起来。14

(4) 响应功能能够根据外界环境和内部条件变化， 能够根据外界环境和内部条件变化， 外界环境和内部条件变化 适时动态地作出相应的

反应， 适时动态地作出相应的反应，并采取必要 作出相应的反应 行动。 行动。

(5) 自诊断能力(Self-diagnosis) 自诊断能力(Self-diagnosis)能通过分析比较 分析比较系统目前的状况与过 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 判断失误等 系统故障与 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。 问题进行自诊断并予以校正。 进行自诊断并予以校正