智能材料综述

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1、智能材料综述智能材料综述2011012460孟雨辰摘要1智能材料分类智能材料的分类方法冇很多种。根据材料的来源，智能材料包括金属系智能材料、非金属系智能材料以及高分子系智能材料。金属系智能材料金属材料因强度人、耐热且耐腐蚀，常在航空航犬和原子能工业屮用作结构材料。金属材料在作用过程中会产生疲劳龟裂及蠕变变形而损伤。期望金属系智能结构材料不但可以检测自身的损伤，而且可将其抑制，具冇自我修复功能，从而确保结构物的可靠性。冃前研究和开发的金属系智能材料主要有以下两类。1.形状记忆合金形状记忆合金是利用应力和温度诱发相变的机理來实现形状记忆功能的一类材料。其特点是

2、:将己在高温下定型的形状记忆合金，置于低温或常温下使其产生塑性变形,当环境温度升高到临界温度（相变温度）时，合金变形消失并可恢复到定型时的原始状态。2.形状记忆复合材料形状记忆高分子聚合物是指貝有初始形状，经行变并固定之后，可以通过加热等方法改变外部条件，使其恢复初始形状的聚合物。这类形状记忆复合功能元件可与金属、高分子材料及混凝土等各种复合材料组成机敏结构材料.非金属系智能材料非金属智能材料的初步智能性是考虑局部可吸收外力以防材料整体破坏。近几年来，以下几类非金属系智能材料发展较快:1.电（磁）致流变流体材料电致流变流体材料和磁致流变流体材料都是智能系统

3、与机构屮执行器的主选材料,由于它们具有响应快速、连续可调、能耗低等优点，故其应用无疑会给许多新技术和新学科的发展带來革命性的变化。据报导，电（磁）流变体的岀现，已导致全世界50%以上的液压系统和器件需待重新设计。2.电致仲缩材料压电效应是对某种电介质施加压力则出现M应力量相应的极化，反Z施加电场则产生应变的现彖。压电材料的特点在于其町作感测器、制动器。压电陶瓷己成功地用于各种光跟踪系统、机器人的定位器、喷墨打印机以及噪声和振动的主动控制系统等。3.光致变色和电致变色材料电致变色机敏窗（ESW）是一种可以改变入射辐射线吸收谱的多层膜结构装置。若其吸收谱处于可

4、见光波段时，则可显示颜色变化。此类EWS可用于建筑物和车辆窗户的调光。陈艾等利用溶胶■•凝胶法，以MnO3和WO3复合制备电致变色薄膜，使混合膜的光吸收峰向高光子能量方向迁移。生物界的变色龙能够在不同坏境下变幻出五彩缤纷的颜色，4.磁致伸缩材料磁致仲缩材料是一种同时兼具正逆磁机械耦合特性的功能材料。当它受到外加磁场作用时,便会产生弹性变形;若对其施加作用力，则其形成的磁场将会发生相应的变化。故磁致伸缩材料在智能系统或结构中，常被用作传感器和驱动器（执行器）。高分子系智能材料高分了系智能材料的范围很广。作为智能材料的高分子凝胶的研究与开发十分活跃，其次还有智

5、能高分子膜材、智能高分子粘合剂、智能药物释放体系和智能高分子复合材料【6】。1.智能高分子膜材高分子膜材具有物质渗透和分离功能，现正构象及分子聚集休变化，制成稳定性优界的膜材，它对以牛:体膜为模型研究开发刺激响应性多肽膜，利用可逆的构象及分子聚集体变化，制成稳定性优异的膜材，它对物质的渗透作用可随钙离了浓度、pH值及电场刺激而变化。目前研究主要集屮于增人响应感度和改善其通-断控制等。2.智能高分子粘合剂高分子材料与金属和无机非金屈材料不同，属于链段可随坏境变化而重排、改组。利川这种界而的刺激响应性，姚康德等设计了智能屈分子粘合剂，它可用来粘合极性和非极性的

6、基材。这是由于粘极性材料时它表面层的极性部分响应，而粘非极性材料时它表面层的非极性部分响应的缘故。3.智能药物释放体系智1能高分子材料作为牛物医用材料，其应用前景十分广阔。如以具制成药物释放体系（DDS）载体材料，则这类DDS可依据病灶所引起的化学物质或物理量（信号）的变化，自反馈控制药物释放的通断特性。如血液浓度响应的胰岛索释放体系可冇效地把糖尿病患者的血糊浓度维持在正常水平，这是利用多价拜基与硼酸基的可逆键合作为对匍萄糖敏感的传感部分。这种药物释放体系有助于避免产牛与疾病有关的并发症。4.智能高分子复合材料利用智能材料的概念可开发断裂传感器，使结构材料

7、具有断裂1‘1诊断性。测定碳纤维/玻璃纤维增强塑料的荷载-应变-电阻值，绘制成L-S-RIlli线，发现电阻随形变增大，卸载有残留电阻的特点，表明纤维间及纤维界面会产生滞后，这是复合材料对过去承受最大变形的记忆功能。由此町以通过电阻变化预测破坏，从而预防材料断裂。可将所研究的表面形变感器用于一般结构材料。5.光导纤维光导纤维，冇时亦可称为智能光纤。众所周知，智能材料系统必须具备的最关键的功能z—是“传感”。市于光纤具有其它任何材料都无法比拟的优界的传输功能，可以随时提供描述系统状态的准确信息，因此理所当然地成了最重要的倍息传输材料,广泛地应用于各通信领域，

8、并充任了智能材料系统中“神经网络”的关键角色。同时，乂由于通过分析