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1、《材料科学技术进展》作业智能材料的应用发展及未来展望学院：材料科学与艺术设计专业：林产化学加工工程姓名：靳久哲学号：2012207017智能材料的应用发展及未来展望智能材料，是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。具有顺应环境条件变化的一些特性，如信息选择性，结构和功能候补性，行为开关性，以及自诊断、自修复、自增强等。但是有关智能材料的研究刚刚开始，定义尚不统一，但其内涵一般应包括：（1）具有感知功能，能检测并可识别外界（或内部）的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学或核辐射等
2、；（2）具有驱动特性及响应环境变化功能；（3）能以设定的方式选择和控制响应；（4）反应灵敏、恰当；（5）外部刺激条件消除后，能迅速回复到原始状态。因此,智能材料应具备感知、处理和驱动三个基本要素。智能材料的设计思想来自于下列因素：(1)材料的开发历史,结构材料→功能材料→智能材料；(2)人工智能计算机对材料性能的新要求；(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造；(4)软件功能引入材料；(5)对材料的期望；(6)能量的传递；(7)材料具有时间轴的观点,即仿照生物体的功能[1]。智能材料是材料科学不断向前发展的必然结
3、果，是信息技术溶入材料科学的自然产物，它的问世，标志和宣告第5代新材料的诞生,也预示着在21世纪将轰生一次划时代的材料革命。近年来，智能材料的研究在世界范围内已成为材料科学与工程领域的热点之一，甚至有人把21世纪称之为智能材料世纪[2]。一、发展现状智能材料结构概念一经提出,立即引起美国、日本及欧洲等发达国家重视,并投入巨资成立专门机构开展这方面的研究。现在，美国一些大学和公司,如波音飞机公司、麦道飞机公司等都投巨资从不同侧面就智能结构开展研究[3-5]，并取得了一些关键性成果。日本对智能材料结构的研究提出了将智
4、能结构中的传感器、驱动器、处理器与结构的宏观结合变为在原子、分子层次上的微观“组装”,从而得到更为均匀的物质材料的技术路线，其研究侧重于空间结构的形状控制和主动抗振控制[6]。此外，在形状记忆合金和高分子聚合物压电材料的研究方面，日本也处于国际领先地位。英国的研究涉及智能复合材料损伤监测、结构健康监控、分布式传感器和新型驱动器及其位置优化策略、土木工程结构的安全监测等。我国对智能结构的研究也十分重视。南京航空航天大学率先成立了智能材料与结构研究所,迄今已在强度自诊断自适应结构、结构损伤检测评估、光纤传感技术在结构
5、智能化中的应用，以及利用压电元件对结构进行减振降噪等方面取得了阶段性的研究成果,并在结构自修复方面也进行了一定的研究[7,8]，重庆大学从事具有分布式光纤传感系统的自适应结构研究,并使部分研究成果走出实验室,应用在桥梁、建筑等工程；西安交通大学在压电层合板、含形状记忆合金智能结构等方面做了深入的理论研究工作。此外，上海交通大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、西北工业大学等院校也都从不同角度进行了研究。二、应用情况1、压电智能材料压电效应是指在材料上施加机械力应力时,材料的某些表面会产生电荷,这种
6、现象被称为正压电效应。压电智能材料包括压电陶瓷、压电聚合物和压电复合材料等。压电陶瓷的优点是可通过调节组分改变材料的性能,而且其耐热,耐湿和化学稳定性好等。目前应用最广泛的压电陶瓷有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸铅镧(PLZT)。压电聚合物智能材料,如聚氟乙烯(PVDFP或VDF2，突出的优点是具有低的声阻抗和介电常数，柔软性好，耐击穿。目前,压电材料已成功应用于各种光跟踪系统、自适应光学系统、机器人位移定位器、磁头、喷墨打印机和扬声器等高科技领域。国内对压电材料的研究基本上还处于初步研究阶段[9]。
7、2、形状记忆智能材料在高温下处理成一定形状的金属急冷下来，在低温状态下经塑性变形为另一种形状,当再加热至高温稳定状态时，材料通过马氏体相变恢复到低温塑性变形前的形状,这就是形状记忆效应。著名的形状记忆合金有镍钛合金、InTl、CuAl、NiAl、AgZn和AgCd等。形状记忆合金在自动探测和主动控制等方面,也取得了很大的进展,其中包括：(1)振动和噪声的主动控制及隔振。(2)裂纹的主动探测和控制。3、光纤智能材料人们最初关心的是光纤维材料的埋入,是否会引起材料层间断裂韧性的下降或基体材料的损伤。后来的实验表明,对
8、环氧复合材料埋入光纤,并没有降低拉伸强度和压缩强度,也没有引起层间断裂韧性的降低。目前,人们使用光纤已制作成各种埋入式复合材料传感器。此外,人们还应用光纤使飞行器隐形。4、聚合物基“人工肌肉”“人工肌肉”由共轭聚合物聚吡咯、聚苯胺等制成，或由离子交换聚合物-金属复合材料制成。这些材料在外加电场作用下能发生体积变化，可制成电致伸缩(弯曲)薄膜，以模仿动物肌肉的收缩运动。可作
