智能材料与智能结构讲稿

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1、智能材料与智能结构讲稿1材料的分类.按晶体结构分：晶体材料、非晶材料.按成份分：金属材料、非金属材料、高分子材料.按导电性分：导体、半导体、绝缘体.按尺寸分：纳米材料、薄膜材料、块体材料.按功能分：结构材料、功能材料（声、光、电、磁）221世纪初的材料科学技术信息功能材料仍是最活跃的领域信息材料：信息获取、传输、转换、存储、显示或控制所需材料新能源材料的研究将加速可再生能源的开发新能源材料：实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术所需的关键材料（储氢电极合金、锂离子电池材料、太阳能电池材料环境材料将日益受到重视环境材料是具有满意的使用性能同时

2、又被赋予优异的环境协调性的材料。对环境污染小、再生利用率高321世纪初的材料科学技术高性能结构材料的研究和开发是永恒的主题高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、抗磨损纳米材料将成为21世纪初最为活跃的领域生物材料将有很大的发展人体的相容性，人体器官421世纪是智能材料时代.1.材料科学与技术已为智能材料的诞生奠定了基础。先进复合材料（层合板、三维及多维编织）的出现，使传感器、驱动器合微电子控制系统等复合或集成成为可能，也能与结构融合并组装成一体。复合材料时代为智能材料的出现奠定了基础。.2.对功能材料特性的综合探索【如材料的机电（即机械能——电

3、能的互相转换）耦合特性、热机耦合特性等】及微电子技术、计算机技术的飞速发展，为智能材料所涉及的材料的耦合特性的利用、信息处理和控制打下了基础。.3.军事需求与工业界的介入使智能材料与结构更具有挑战性、竞争性和保密性，使它成为高技术、多学科综合交叉的研究热点，而且也加速了它的实用化进程。.4.设计理念的变革，人类对安全性及舒适性的要求越来越高，应用前景广阔。5智能材料定义.智能材料就是指模仿生命系统，具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，并能实时地改变自身的一种或多种性能参数，作出所期望的，能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。智能材

4、料要求材料体系集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料。.智能性材料应该满足下列条件：（一）材料特性随着使用环境条件的变化而变化，其变化方向对人类来说是有利的。（二）材料特性变化之能源，不是来自于材料之外而是来自于材料本身。.智能材料是一个开放系统，它需要不断从外界环境输入能量或（和）物质来动态调节对外界的适应能力，以维持其类似于生物体的活性.智能材料具有对环境的判断和自适应功能；具有自诊断功能；具有自修复功能；具有自增殖功能6智能材料.人工合成的智能型复合材料称为智能材料，也称为机敏材料。根据响应方式不同，机敏

5、材料可以分为主动控制式和被动控制式两种：1主动控制式机敏材料具有先进和复杂的功能，可自动检测材料的动力和静力，在允许范围内比较测定结果，经过筛选确定适当的响应，控制不希望出现的动态特性。2被动控制式机敏材料只能传输传感器所感受到的信息（如位移、应变、温度、压力、加速度等），这种机敏材料的结构简单，属于低级智能材料。智能材料并非一定是专门研制的一种新型材料，大多是根据需要选择两种或者多种不同的材料按照一定的比例以某种特定的方式复合起来，或者是材料集成，即在所使用的材料构件中埋入某种功能材料或器件，使这种新组合材料具有某种或多种机敏特性甚至智能化

6、。7智能材料的内涵：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；小鸟感知到气流的变化，所以它的翅膀作出调整以适应这种变化，作为智能材料也必须具有２．具有信息传输功能，能够按照设定的优化方式选择和控制响应具有驱动功能，能够响应外界变化；小鸟的翅膀作出调整，是为了节能，作出的动作是对它有利的。同样，智能材料随着使用环境条件的变化而变化，其变化方向对人类来说是有利的。小鸟是随着风而动，由风的变化而变化，也就是说它的反应非常灵敏、及时、恰当。对于智能材料来说也是这样３．具有对环境变化作出

7、响应及执行的功能４．反应比较灵敏、及时和恰当否则，就失去了其智能特性。５．当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态材料必须具备的两个要点，就是它的使用性和经济性，当外界的刺激消除后，智能材料必须能够复原，否则它的造价将是非常昂贵，失去了作为材料的条件。所以8智能材料的特征（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

8、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。用智能材料制成的飞机机翼，就可以像鱼尾巴