智能材料及其在绿色建材中的应用

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1、智能材料及其在绿色建材中的应用摘要：智能材料已成为全球研究和开发的热点，本文介绍了智能材料特征、组成及其在绿色建筑材料中的应用。关键词：智能材料；绿色建材；绿色智能化建筑材料随着材料科学、电子技术以及自动控制手段的不断进步，未来的建筑及所用的材料将走向智能化。“智能材料”的概念于20世纪90年代出现，智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具），它的目标是研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。智能材料是指具有自感知和记忆、自适应、自修复能力的多功能材料。不同于结构材料和功能材料，智能材料能

2、通过自身的感知而获取外界信息，做出判断和处理，发出指令，继而调整自身的状态以适应外界环境的变化，从而实现自检测、自诊断、自调节、自适应、自修复等类似于生物系统的各种特殊功能。由于智能材料具有相对于传统材料特殊优异的性能，已成为全球研究和开发的热点，并在绿色建筑材料中得到广泛应用。具体来说智能材料需具备以下内涵：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。

3、因为设计智能材料的两个指导思想是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能功能和生命特征：①传感功能（Sensor）。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、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。②反馈功能（Feedback）。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。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并将其积累起来。④响应功能。能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。⑤自诊断能力（Self-diagnosis）。

4、能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。⑥自修复能力（Self-recovery）。能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。⑦自调节能力（Self-adjusting）。对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化做出恰如其分的响应。2智能材料的基本构成和工作原理智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器4部分组成。（1）基体材料。基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料

5、。高分子材料重量轻、耐腐蚀，具有粘弹性的非线性特征而成为首选，其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。（2）敏感材料。敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化(包括压力、应力、温度、电磁场、pH值等)。常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。（3）驱动材料。因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务。常用驱动材料有形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。这些材料既是驱动材料又是敏感材料。（4）其它功能材料。包括导电材料、磁性材料、光

6、纤和半导体材料等。（5）信息处理器。信息处理器是核心部分，它对传感器输出信号进行判断处理。3智能材料的分类智能材料分类方法有多种，一般若按功能来分可以分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电（磁）致伸缩材料等；若按来源来分，智能材料可以分为金属系智能材料、无机非金属系智能材料和高分子系智能材料。根据智能材料模拟生物行为的模式可将其分为四类：（1）智能传感材料智能传感材料对诸如热、电和磁等外部信号刺激具有监测、感知和反馈的能力，是智能结构的必需组件。较典型的传感材料有压电材料、微电子传感器、光纤等。其中光纤是在智能结构中最常使用的传感材料，它可以在非

7、破损的情况下感知并获得被测结构物全部的物理参数，如温度、变形、电场或磁场等。（2）智能驱动材料智能驱动材料对于温度、电场或磁场等变化具有产生形状、刚度、位置、固有频率、湿度或其它机械特性响应的能力。目前常用的智能驱动材料主要有形状记忆合金和电粘性液体等。（3）智能修复材料智能修复材料是模仿动物的骨组织结构和受伤后的再生、恢复机理，采用粘接材料和基材相复合的方法，对材料损伤破坏具有自行愈合和再生功能，能恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。（4）智能控制材料智能控制材料对智能传感材料的反馈信息具有记忆、存储、判断和决策能力，并控制和修正智能驱动材料和智能修复

8、材料的行为。微型计算机是智能控制材料的主要代表，其控制算法由专门程序提供。在智能