智能材料

    智能材料（Intelligent material），是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當處理且本身可執行的新型功能材料。智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設計材料之后的第四代材料，是現代高技術新材料發展的重要方向之一，將支撐未來高技術的發展，使傳統意義下的功能材料和結構材料之間的界線逐漸消失，實現結構功能化、功能多樣化。科學家預言，智能材料的研制和大規模應用將導致材料科學發展的重大革命。一般說來，智能材料有七大功能，即傳感功能、反饋功能、信息識別與積累功能、響應功能、自診斷能力、自修復能力和自適應能力。

    定義

    智能材料還沒有統一的定義。不過，現有的智能材料的多種定義仍然是大同小異。大體來說，智能材料就是指具有感知環境（包括內環境和外環境）刺激，對之進行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進行適度響應的智能特征的材料。具體來說，智能材料需具備以下內涵：

    （1）具有感知功能，能夠檢測并且可以識別外界（或者內部）的刺激強度，如電，光，熱，應力，應變，化學，核輻射等；

    （2）具有驅動功能，能夠響應外界變化；

    （3）能夠按照設定的方式選擇和控制響應；

    （4）反應比較靈敏，及時和恰當；

    （5）當外部刺激消除后，能夠迅速恢復到原始狀態。

    智能材料又可以稱為敏感材料，其英文翻譯也有若干種，常用的有Intelligent material，Intelligent material and structure，Smart material，Smart material and structure，Adaptive material and structure等。。

    分類

    作為一種新型材料，一般認為，智能材料由傳感器或敏感元件等與傳統材料結合而成。這種材料可以自我發現故障，自我修復，并根據實際情況作出優化反應，發揮控制功能。 智能材料可分為兩大類：

    （1）嵌入式智能材料，又稱智能材料結構或智能材料系統。在基體材料中，嵌入具有傳感、動作和處理功能的三種原始材料。傳感元件采集和檢測外界環境給予的信息，控制處理器指揮和激勵驅動元件，執行相應的動作。

    （2）有些材料微觀結構本身就具有智能功能，能夠隨著環境和時間的變化改變自己的性能，如自濾玻璃、受輻射時性能自衰減的Inp半導體等。

    這只是一種比較籠統的分類方法，由于智能材料還在不斷的研究和開發之中，因此相繼又出現了許多具有智能結構的新型的智能材料。如，英國宇航公司在導線傳感器，用于測試飛機蒙皮上的應變與溫度情況；英國開發出一種快速反應形狀記憶合金，壽命期具有百萬次循環，且輸出功率高，以它作制動器時、反應時間，僅為10分鐘；在壓電材料、磁致伸縮材料、導電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅動組件材料在航空上的應用取得大量創新成果。

    研究方向

    智能材料是一種集材料與結構、智然處理、執行系統、控制系統和傳感系統于一體的復雜的材料體系。它的設計與合成幾乎橫跨所有的高技術學科領域。構成智能材料的基本材料組元有壓電材料、形狀記憶材料、光導纖維、電（磁）流變液、磁致伸縮材料和智能高分子材料等。智能材料的出現將使人類文明進入一個新的高度，但距離實用階段還有一定的距離。今后的研究重點包括以下六個方面：

    （1） 智能材料概念設計的仿生學理論研究

    （2） 材料智然內稟特性及智商評價體系的研究

    （3）耗散結構理論應用于智能材料的研究

    （4） 機敏材料的復合-集成原理及設計理論

    （5） 智能結構集成的非線性理論

    （6） 仿人智能控制理論

    常見智能材料

    1.壓電材料

    壓電材料是一種能夠實現電能與機械能相互轉化的機敏材料，壓電材料主要包括無機壓電材料、有機壓電材料和壓電復合材料 3類。居里兄弟在對石英晶體的介電現象和晶體對稱性的試驗研究中發現了壓電效應，壓電效應分為正壓電效應和逆壓電效應 2種情況。當機械力作用在其上時，內部正負電荷中心發生相對位移而產生電的極化，就是正壓電效應

    2.形狀記憶合金形狀記憶合金

    是自執行智能材料的一種。20世紀 60年代美國海軍軍械研究所的Buehler在研究中發現了鎳鈦（Ni -Ti）合金具有“形狀記憶效應”，并以此為基礎研究了形狀記憶合金。利用這一特性可以制成理想驅動器，因其被加熱至奧氏體溫度時，可自行恢復到原形狀。其通常以細絲狀態用于智能結構，主要適合于低能量要求的低頻和高撞擊應用。目前形狀記憶材料已經形成了相對較大的一個門類，主要分為 ：形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷、形狀記憶聚合物。

    3.電流變液

    電流變液也是自執行智能材料的一種，是與磁流變體性能極為相似的混合物。這種材料在常態下是流體，其中自由分布著許多細小可極化懸浮顆粒，當這種流體處于電場或磁場中，在電場或磁場的作用下，其中的懸浮顆粒很快形成鏈狀，從而形成具有一定屈服強度的半固體，這樣的電流變體或磁流變體具有響應快、阻尼大、功耗小的特點。

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責任編輯：王元

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