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智能材料

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(dāng)處理且本身可執(zhí)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(shè)計材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化?？茖W(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)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(yīng)功能、自診斷能力、自修復(fù)能力和自適應(yīng)能力。

定義

編輯

智能材料還沒有統(tǒng)一的定義。不過，現(xiàn)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(huán)境(包括內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境)刺激，對之進(jìn)行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進(jìn)行適度響應(yīng)的智能特征的材料。具體來說，智能材料需具備以下內(nèi)涵：

(1)具有感知功能，能夠檢測并且可以識別外界(或者內(nèi)部)的刺激強(qiáng)度，如電，光，熱，應(yīng)力，應(yīng)變，化學(xué)，核輻射等；

(2)具有驅(qū)動功能，能夠響應(yīng)外界變化；

(3)能夠按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)；

(4)反應(yīng)比較靈敏,及時和恰當(dāng)；

(5)當(dāng)外部刺激消除后,能夠迅速恢復(fù)到原始狀態(tài)。

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.。

作為一種新型材料，一般認(rèn)為，智能材料由傳感器或敏感元件等與傳統(tǒng)材料結(jié)合而成。這種材料可以自我發(fā)現(xiàn)故障，自我修復(fù)，并根據(jù)實際情況作出優(yōu)化反應(yīng)，發(fā)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(jié)構(gòu)或智能材料系統(tǒng)。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(huán)境給予的信息，控制處理器指揮和激勵驅(qū)動元件，執(zhí)行相應(yīng)的動作。

（2）有些材料微觀結(jié)構(gòu)本身就具有智能功能，能夠隨著環(huán)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(dǎo)體等。

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

一般來說智能材料由基體材料、敏感材料、驅(qū)動材料和信息處理器四部分構(gòu)成。

（1）基體材料

基體材料擔(dān)負(fù)著承載的作用，一般宜選用輕質(zhì)材料。一般基體材料首選高分子材料，因為其重量輕、耐腐蝕，尤其具有粘彈性的非線性特征。其次也可選用金屬材料，以輕質(zhì)有色合金為主。

（2）敏感材料

敏感材料擔(dān)負(fù)著傳感的任務(wù)，其主要作用是感知環(huán)境變化（包括壓力、應(yīng)力、溫度、電磁場、PH值等）。常用敏感材料如形狀記憶材料、壓電材料、光纖材料、磁致伸縮材料、電致變色材料、電流變體、磁流變體和液晶材料等。

（3）驅(qū)動材料

因為在一定條件下驅(qū)動材料可產(chǎn)生較大的應(yīng)變和應(yīng)力，所以它擔(dān)負(fù)著響應(yīng)和控制的任務(wù)。常用有效驅(qū)動材料如形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等。可以看出，這些材料既是驅(qū)動材料又是敏感材料，顯然起到了身兼二職的作用，這也是智能材料設(shè)計時可采用的一種思路。

（4）其它功能材料

包括導(dǎo)電材料、磁性材料、光纖和半導(dǎo)體材料等。

智能材料是一種集材料與結(jié)構(gòu)、智然處理、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)于一體的復(fù)雜的材料體系。它的設(shè)計與合成幾乎橫跨所有的高技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域。構(gòu)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(dǎo)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(xiàn)將使人類文明進(jìn)入一個新的高度，但距離實用階段還有一定的距離。