仿生智能材料2011-3.ppt

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1、第3章智能材料3.1形状记忆材料1、基本概念2、形状记忆高分子材料3、形状记忆合金材料4、形状记忆陶瓷3.2智能高分子凝胶1、智能高分子凝胶的概念2、凝胶分类及其刺激响应性3、智能高分子凝胶的应用3.3磁流变液1、基本概念第3章智能材料2、磁流变液的组成3、磁流变液的应用3.4“自修复”智能材料1、自修复自愈合陶瓷3、自愈合混凝土3.5响应性仿生纳米孔道1、生物孔道2、响应性仿生纳米孔道3、人工纳米孔道的应用3.1形状记忆材料（shapememorymaterial)1、基本概念第3章智能材料形

2、状记忆效应：将材料在一定条件下进行一定限度范围内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随即消失而回复到变形前的形状的现象。有形状记忆高分子材料、形状记忆合金、形状记忆陶瓷第3章智能材料高分子材料：macromolecularmaterial，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。2、形状记忆高分子材料（SMP）分子量可高达几十万，链状结构第3章智能材料形状记忆高分子材料（SMP）:具有形状记忆效应特性的高分子材料。对通用高分子材料进行分子组合和改

3、性，对应一定的外部条件完成“起始态--固定变形态--恢复起始态”的循环。第3章智能材料外部条件：热、光、声、电、酸碱度、相转变、螯合反应等。形状记忆高分子材料分类：热致SMP：在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当再升温至某一特定响应温度时，制件能很快回复初始形状的聚合物。广泛用于医用器械、泡沫塑料、座垫、光信息记录介质及报警器等。电致SMP:是热致形状记忆功能高分子材料与具有导电性能物质（如导电炭黑、金属粉末及导电高分子等）的复合材料。该复合材料通过电流产生的热量使体系温度升高，致

4、使形状回复，所以既具有导电性能，又具有良好的形状记忆功能主要用于电子通讯及仪器仪表等领域，如电子集束管、电磁屏蔽材料等。第3章智能材料光致SMP：是将某些特定的光致变色基团（PCG）引入高分子主链和侧链中，当受到紫外光照射时，PCG发生光异构化反应，使分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上表现为光致形变；光照停止时，PCG发生可逆的光异构化反应，分子链的状态回复，材料也回复原状。该材料用作印刷材料、光记录材料、"光驱动分子阀"和药物缓释剂等。第3章智能材料化学SMP:利用材料周围介质性质的变化来

5、激发材料变形的形状回复。常见的化学感应方式有pH值变化、平衡离子置换、螯合反应、相转变反应和氧化还原反应等。该材料用于蛋白质或酶的分离膜;“化学发动机"等特殊领域。第3章智能材料SMP都具有两相结构，即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相组成。第3章智能材料固定相:聚合物交联结构或部分结晶结构，在工作温度范围内保持稳定，用以保持成型制品形状，即记忆起始态。可逆相:能够随温度变化在结晶与结晶熔融态或玻璃态与橡胶态间可逆转变，相应结构发生软化、硬化可逆变化---保证成型制品可

6、以改变形状。高分子材料形状记忆特性：第3章智能材料热致形状记忆过程如下：医疗器材-固定创伤部位的器材形状记忆高分子材料的应用1第3章智能材料代替传统石膏绷带用于创伤部位的固定材料。将加工成创伤部位的形状，用热水或热风使其软化，施加外力为易装配的形状，冷却后装配到创伤部位，再加热则恢复到原形状，起到固定作用。医疗器材-手术缝合线形状记忆高分子材料的应用2第3章智能材料将具有生物降解性的形状记忆纤维的形状记忆温度设置在人体体温附近，用这种纤维制成的丝线可作为手术缝合线或医疗植入物。由于该材料具有记忆

7、功能，它能以一个松散线团的形式切入伤口，当其被加热到体温时，材料“记忆”起事先设计好的形状和大小，便会收缩拉紧伤口，待伤口愈合好后，材料自行分解，然后无害地为人体所吸收。形状记忆高分子的应用3异径管接合材料---热收缩管第3章智能材料●包装材料●变形物的复原，如紧固铆钉等形状记忆高分子的应用4第3章智能材料第3章智能材料3、形状记忆合金材料具有形状效应的金属通常是由两种以上金属元素构成的合金。形状记忆合金:ShapeMemoryAlloys，SMA是具有形状记忆效应的合金，在一定的外力作用下

8、可以改变其形态(形状和体积)，但当温度升高到某一定值时，它又可完全恢复原来的形态。这类合金可恢复的应变量达到7%--8%，对一般材料来说，发生这样的大变形量早就发生永久变形了。第3章智能材料合金的形状记忆效应实质上是在温度和应力的作用下，合金内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的宏观表现。这种热弹性马氏体不像Fe-C合金中的马氏体那样，在加热转变成它的母相（奥氏体）之前即发生分解，而是加热时直接转成它的母体。热弹性马氏体冷却时马氏体长大，加热时马氏体收缩，热弹性马氏体的相变是可逆的，且相变