智能材料 教学课件 作者 陈英杰 6第六章.ppt

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1、智能材料第6章智能高分子材料6.1高分子材料的智能性１．具有形状记忆智能体系的高分子材料２．液晶聚合物３．作为智能延长载体的高分子材料4．高分子凝胶6.2智能高分子材料的设计原理及合成方法6.2.1设计原理智能材料功能的实现为信息流（能量流）的传递、转换和控制。其基本原理是物质和场（物理或化学场）之间的交互作用，首先明确材料的应用目标，随之分析控制目标的具体要求，确定智能复合材料控制输入和输出的形式（表现为物理场或化学场），这里最关键的问题是为了实现系统的自适应控制，必须运用材料科学的成就和知识以及自动控制原理，根据物—场相互作用的原则，构想中

2、间能量传递形式，选择中间场。借助于中间场，通过几个物理（化学）效应的结合来实现控制目标。6.2智能高分子材料的设计原理及合成方法6.2.2合成方法当前的合成方法主要有以下三种：1．粒子复合2．薄膜复合3．纳米粒子及分子的组装6.3智能高分子纤维材料智能纤维是指能够感知环境的变化或刺激，如机械、化学、热、光、湿度、电和磁等，并做出反应的纤维。智能纤维包含有传感器、执行器和可能含有的中央处理器，具有传感、执行、调节、适应的功能。近年来，智能纤维正以异乎寻常的速度发展，主要有光纤传感器、导电纤维、形状记忆纤维、变色纤维、压电陶瓷纤维、蓄热调温纤维、调

3、温和调湿纤维、选择性抑菌纤维等。6.3.1光纤传感器光纤传感器可以探测应变、温度、位移、化学物质浓度、加速度、压强、电流、磁场以及其他一些信号，是迄今为止发展最为成熟的纤维传感器。美国佐治亚州理工学院将塑料光纤传感器植入衬衣，利用fabryperot型传感器可以探测某个部位信号，研制成了具有“知觉”的“聪明的T恤”加拿大TactexControls公司推出一种压力敏感织物，该织物通过将光纤传感器的网络植入泡沫中制成，可以监测织物所受压力情况6.3.2形状记忆纤维形状记忆纤维是指热成型时（一次成型），能记忆外界赋予的形状（初始形状），冷却时可任意

4、形变，并在更低的温度下将此形变固定下来（二次成型），当再次加热时能可逆的恢复原始形状的纤维。最普遍的形状记忆纤维是镍铅合金纤维。目前，形状记忆合金纤维已被用于智能结构、医疗矫形、防烫伤服装和新型记忆服装。6.3.3变色纤维变色纤维是一种具有特殊组成或结构的，在受到光、热、水分或辐射等外界刺激后可逆、自动改变颜色的纤维。主要有光敏变色纤维和热敏变色纤维两种。用变色纤维做成的服装在不同温度、光线下呈现出色彩的变化。士兵穿上它在不同的地方会变成环境的颜色，不易被敌方发现，达到隐蔽自己的目的。变色纤维还适合于制作舞台服装、童装等。6.3.4调温纤维调温

5、纤维能根据外界环境温度变化，伴随纤维中所包含的室温相变物质发生液—固可逆相变，或从环境中吸收热量存储于纤维内部，或放出纤维中存储热量，在纤维周围形成温度相对恒定的微气候，从而在一定时间内实现温度调节。由蓄热调温纤维加工成的纺织品除具有常规纺织品的静态保温作用外，还具有由于相变物质的吸放热引起的动态保温作用。目前，该纤维主要用在滑雪衫、靴、手套、袜、帽、体育运动服装等各个方面。6.3.5智能抗菌纤维人体皮肤表面生长有各种各样的细菌，皮肤表面细菌过多或完全没有细菌，都会引起各种各样的问题，如过敏、产生臭味或生病等。美国Nylstar公司制造出一种“

6、智能聚酰胺纤维”，抗菌剂包藏于纤维内部，而不是黏附于纤维表面，所以不必担心其中的成分会引起皮肤的过敏，而且可以耐30次的洗涤，这种纤维区别于一般抗菌纤维之处在于，无论是轻微活动还是剧烈运动都可以控制皮肤表面细菌的数量维持在正常水平。6.4医用智能高分子材料用聚酯、聚丙烯纤维制成人工血管可以替代病变受伤而失去作用的人体血管；用聚甲基丙烯酸甲酯、超高相对分子质量聚乙烯、聚酰胺可以制成头盖骨或骨关节，用于外伤或病疾患者，使之具有正常的生活与工作能力；人工肾、人工心脏等人工脏器也可以由智能高分子材料制成，移植在人体内以替代失去功能的脏器，具有起死回生之

7、功效。医用高分子除了有直接用于生物体一自身功能调节和靠药物的辅助作用无法治愈的场合外，还作为处置用品间接地起到了保障医术的可靠性，医务人员的健康与卫生、医疗的合理性及简单化等方面的作用，也符合人类生活要求和健康长寿的愿望，是一个几乎涉及每个人、非常有发展前途的学科。6.4.2医用高分子材料设计基础6.4.2.1医用高分子筛选试验医用功能高分子材料筛选试验主要从材料性质试验、溶出生物试验和生物学试验三个方面进行。为了进一步确定医用高分子材料对生物体的毒性，还要进行一系列细菌培养、细胞生长、生理组织等方面的试验，其中包括细胞形态学方法、组织化学法、

8、血清蛋白的球蛋白值的变化、鸡胚培养法、细菌成长抑制等。6.4.2.2医用高分子材料的设计基础1.血液适应性非离子性高聚物表面上的亲水性疏水性与抗血栓性