智能复合材料研究发展概况
智能复合材料及其应用
智能复合材料及其应用一、智能复合材料的概念智能复合材料是指将传感器、执行器、控制器等智能元件嵌入到复合材料中,使其具备感知、响应和控制等功能的一种新型材料。
智能复合材料的基本原理是利用传感器获取环境信息,经过控制器处理后,通过执行器实现对环境的响应和调节。
智能复合材料具有自适应性、自修复性、自诊断性等特点,被广泛应用于航空航天、汽车工业、建筑结构等领域。
二、智能复合材料的种类1. 电致变形智能复合材料电致变形智能复合材料是指在外加电场作用下,由于内部极化强度改变而发生形变的一种智能材料。
常见的电致变形智能复合材料有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)等。
2. 形状记忆合金形状记忆合金是指在外界温度或应力作用下,可以恢复到预先设定形状的一种智能材料。
常见的形状记忆合金有Ni-Ti合金、Cu-Zn-Al合金等。
3. 光致变形智能复合材料光致变形智能复合材料是指在光作用下,由于内部分子结构改变而发生形变的一种智能材料。
常见的光致变形智能复合材料有聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)等。
三、智能复合材料的应用1. 航空航天领域智能复合材料在航空航天领域中被广泛应用。
例如,智能复合材料可以用于制造飞机机身、机翼等部件,可以提高飞机的强度和刚度,并且可以实现自适应控制,提高飞行安全性。
2. 汽车工业智能复合材料在汽车工业中也有广泛应用。
例如,利用电致变形智能复合材料制造汽车挡风玻璃,可以实现自动调节透明度和反射率;利用形状记忆合金制造汽车发动机部件,可以提高发动机效率和寿命。
3. 建筑结构智能复合材料在建筑结构中也有应用。
例如,利用光致变形智能复合材料制造自调节窗户,可以根据室内温度和光照强度自动调节窗户的透明度和反射率;利用电致变形智能复合材料制造自适应隔音墙,可以根据环境噪声自动调节隔音效果。
四、智能复合材料的发展趋势随着科技的不断进步和人们对材料性能要求的不断提高,智能复合材料将会得到更广泛的应用。
复合材料的发展趋势
复合材料的发展趋势复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料,具有优异的性能和广泛的应用领域。
随着科技的不断发展,复合材料的应用范围也在不断扩大,其发展趋势也日益明显。
一、多功能化随着人们对材料性能要求的不断提高,复合材料的多功能化成为了发展的趋势。
多功能化的复合材料不仅具有传统材料的性能,还具有其他的功能,如自修复、自感应、自适应等。
这些功能的加入,使得复合材料的应用领域更加广泛,如航空航天、汽车、建筑等领域。
二、轻量化随着环保意识的不断提高,轻量化成为了复合材料发展的重要方向。
相比于传统材料,复合材料具有更轻的重量和更高的强度,可以减少能源消耗和减少环境污染。
因此,轻量化的复合材料在汽车、航空航天等领域的应用越来越广泛。
三、智能化随着人工智能技术的不断发展,智能化的复合材料也成为了发展的趋势。
智能化的复合材料可以通过传感器、控制器等设备实现自动化控制和监测,具有更高的安全性和可靠性。
智能化的复合材料在航空航天、建筑等领域的应用也越来越广泛。
四、可持续发展随着环保意识的不断提高,可持续发展成为了复合材料发展的重要方向。
可持续发展的复合材料需要具有可再生性、可降解性等特点,可以减少对环境的影响。
因此,可持续发展的复合材料在包装、建筑等领域的应用也越来越广泛。
五、高性能随着科技的不断发展,高性能的复合材料也成为了发展的趋势。
高性能的复合材料具有更高的强度、更高的刚度和更高的耐热性,可以满足更高的应用要求。
高性能的复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域的应用也越来越广泛。
六、数字化随着数字化技术的不断发展,数字化的复合材料也成为了发展的趋势。
数字化的复合材料可以通过计算机模拟、虚拟现实等技术实现设计、制造和测试,可以提高生产效率和产品质量。
数字化的复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域的应用也越来越广泛。
复合材料的发展趋势是多功能化、轻量化、智能化、可持续发展、高性能和数字化。
这些趋势的发展,将会推动复合材料在各个领域的应用不断拓展,为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
复合材料发展现状及制造智能化措施探讨
复合材料发展现状及制造智能化措施探讨杭州高科复合材料有限公司摘要:因为复合材料制造的特殊性质,因此,在构建复合材料数字化工厂时,与其他行业有着自己独特的特点和困难,具体体现为:产品质量稳定性差,产品研发周期长,离散型制造,制造过程大多为特种工艺,这些都是构建数字化工厂时无法避免的问题,特别是要实现持续的生产。
关键词:复合材料;制造;智能化引言在向数字化、智能化制造转型过程中,复合材料专业面临着巨大的难度和挑战。
然而,它也是现代航天制造中的一个非常重要的组成部分,它的转型已经成为一种必然趋势。
因此,如何对复合材料制造体系的专业、要素、流程和应用技术进行准确地分析,将会成为数字化工厂建设成功的一个关键因素。
一、复合材料概述及发展现状在现代科技持续突破和发展的今天,单纯依靠一种物质的性质,已无法达到应用要求,因此,复合材料成为新一代物质基础理论的一个切入点。
复合材料指的是由金属、高分子、无机非等几类材料以各种方式进行复合而得到的新型材料。
这些材料中的每一种成分之间都可以互相补充,又可以进行相关的协同,它们拥有着单一材料无法相比的优点。
在宇航工业中,由于使用条件的严酷,对新型复合材料提出了更高的要求,将其用于航空工业,能够达到:(1)减轻设备重量。
可以提高载重,降低能耗;(2)机械性质优良;(3)在高、低温度和强腐蚀条件下,具有良好的结构和性能;(4)能够进行结构与性能集成的物质结构的可设计;(5)能够适应电磁屏蔽和热烧蚀保护等各种性能要求。
重量轻,可靠性高,使用寿命长,性能高,一直是航天器发展的方向。
在航空航天工业中,高性能复合材料能够很好地解决各种问题,其数量越来越多地代表着飞行器的技术水平。
航空航天领域,作为结构/功能或结构/功能集成部件的新型复合材料(如: CNFs)在导弹、运载火箭、人造卫星等航空航天器中具有无可取代的地位,其在航空航天器中的使用程度与规模直接影响着我国军事力量的跨越与发展以及导弹的发展。
智能复合材料及其应用研究
智能复合材料及其应用研究智能复合材料及其应用研究智能复合材料是一种具有先进功能和响应特性的材料,它结合了复合材料的优点和智能材料的特性。
智能复合材料以其卓越的性能和广泛的应用领域在科学界和工业界引起了极大的兴趣和关注。
本文将深入探讨智能复合材料的原理、制备方法以及在不同领域的应用。
一、智能复合材料的原理智能复合材料是通过将智能材料与基体材料相结合而形成的。
智能材料具有响应外部刺激的能力,可以以不同的形式实现对外界环境的感知和响应。
常见的智能材料包括形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料等。
基体材料则承载智能材料的功能和响应能力,并提供材料的结构强度和稳定性。
通过将智能材料与基体材料相结合,智能复合材料能够实现对外界刺激的高度敏感性和响应能力。
二、智能复合材料的制备方法智能复合材料的制备方法多种多样,常见的制备方法包括层状堆叠、浸渍法、注射成型等。
其中,层状堆叠方法是一种常用的制备方法,它通过将智能材料与基体材料交替堆叠,形成复合结构。
浸渍法则是将智能材料和基体材料浸渍在一定的溶液中,使其相互渗透并形成复合材料。
注射成型方法则是通过注射设备将智能材料和基体材料注入到模具中,并进行固化和成型。
这些制备方法在实际应用中都具有一定的优缺点,可以根据具体需求选择合适的方法。
三、智能复合材料的应用智能复合材料在众多领域中都有广泛的应用。
以下将具体介绍几个重要的领域:1. 航空航天领域:智能复合材料在航空航天领域中具有重要的应用价值。
其具有高强度、低密度和优异的机械性能,可以大幅度减轻航空器结构重量,提高航空器的燃油效率和性能稳定性。
智能复合材料还可应用于飞机机翼、轨迹调整和传感器系统等方面,提高飞行安全性和效率。
2. 汽车工业:智能复合材料在汽车工业中广泛应用,尤其是在电动汽车的发展中扮演着重要角色。
智能复合材料可以减轻汽车重量,提高能源利用率,延长电池续航里程。
智能复合材料还具有高温稳定性和抗腐蚀性能,可应用于车身结构、底盘系统和动力系统等部件。
智能材料的研究现状与未来发展趋势
智能材料的研究现状与未来发展趋势智能材料是指能够根据外部刺激产生响应或改变其性质或功能的一类材料。
它们具有诸如形状记忆、敏感性、自修复等特点,能够为人类创造更高级别的产品和应用。
智能材料的研究发展已经取得了显著的成果,在许多领域有着重要的应用前景。
目前智能材料的研究重点包括材料的设计和合成、性能测试与表征、应用开发等方面。
关于智能材料的合成方法和加工工艺是研究的核心,主要包括基于聚合物的智能材料、复合材料和纳米材料等方向。
研究人员通过调控材料的结构和成分,实现材料的各种智能特性,并探索材料的新应用。
研究者还致力于开发智能材料的表征和测试方法,对其性能进行评估和监控。
在智能材料的应用方面,目前已经涉及到了许多领域。
医疗健康和生物医学是研究者们最为关注的领域之一。
智能材料在这些领域中的应用包括可穿戴设备、仿生材料、药物释放系统等。
智能材料还在能源存储与转换、电子器件与传感器、催化剂等领域中有着广泛的应用。
由于其在各种领域中的应用前景巨大,智能材料的研究也受到了越来越多研究机构和企业的关注。
未来发展趋势方面,智能材料的研究将会围绕以下几个方向进行深入探索。
随着人工智能和大数据等新技术的发展,智能材料将更加强调与其他智能系统的融合。
智能材料将通过感知能力和反馈机制与周围环境进行信息交流,实现更加智能的功能和性能。
智能材料的可持续性和环保性将成为未来研究的重点。
研究者将探索更加环保的制备方法和回收利用技术,开发可降解、可循环利用的智能材料,实现资源的有效利用和环境的保护。
智能材料在微纳尺度和多尺度系统中的应用也将成为未来研究的热点。
微纳尺度的智能材料可以实现更高级别的精确控制和响应,有望在生物医学、能源存储等领域中发挥重要作用。
跨学科和跨行业的合作将是未来智能材料研究的重要趋势。
智能材料的研究需要物理、化学、生物、工程等多学科的交叉融合,同时也需要与各个行业的合作,以实现智能材料的创新和应用。
智能材料的研究已经取得了丰硕的成果,未来仍然有着广阔的发展空间。
复合材料概况
学院:材料学院专业班级:材料09-1班姓名:***学号:************复合材料概况人类进步的历史与人类应用材料的历史密切相关。
在迈向现代文明的进程中,人类经历了石器时代、铜器时代、铁器时代、合成材料时代,现已迈入应用复合材料的新时代。
长期以来,人们不断改进原有材料、开发新的材料品种,在实践中积累了丰富的应用材料的经验。
但是,任何一种单一的材料(金属、陶瓷、聚合物),虽有许多优点,但都存在着一些明显的不足,改性也往往是有限的。
随着现代科学技术的迅猛发展,对材料提出了越来越高、越来越严、越来越多的要求,既要求良好的综合性能,如高强度、高刚度、高韧性、低密度等性能,又希望能够在高温、高压、强腐蚀等恶劣的环境下服役。
这些是传统的单一材料所不能满足的。
于是人们想到将一些不同性能的材料复合起来,相互取长补短,这样就出现了复合材料。
复合材料并不是人类发明的新材料,在自然界存在许多天然的复合材料,人类使用复合材料有着悠久的历史。
复合材料定义及特点复合材料是指将两种或以上的不同材料,用适当的方法复合成一种新材料。
各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等复合材料应具有以下三个特点:①复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料,组元之间存在着明显的界面。
②复合材料中各组元不但保持各自的固有特性而且可最大限度发挥各种材料组元的特性,并赋予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。
③复合材料具有可设计性。
复合材料的结构通常是一个相为连续相,称为基体;而另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相,与连续相相比,这种分散相的性能优越,会使材料的性能显著增强,故常称为增强体(也称为增强材料、增强相等)。
增材制造智能材料研究现状及展望
增材制造智能材料研究现状及展望2身份证:******************摘要:市场经济在快速发展,社会在不断进步,增材制造技术自问世以来成为拓展多学科发展、实现多学科研究融合以及联结材料与产品的关键性技术,该技术颠覆了传统加工设计和制造理念,同时也是实现智能制造的重要方法。
智能材料是对环境具有感知、可响应、自修复和自适应的一类材料。
将智能材料与增材制造技术有机结合,可实现具有感受外部刺激或环境激活的三维智能器件的一体化制造。
智能材料增材制造技术被广泛应用于个性化医疗、柔性电子和软体机器人等领域。
本文对增材制造中所涉及的智能材料进行综述,介绍通过增材制造方法对金属类、高分子类和陶瓷类智能材料所带来的优势及面临的问题。
增材制造技术作为实现设计、材料和结构有机融合的有效手段,将成为推动智能材料发展的关键。
关键词:增材制造;智能材料;4D打印;智能器件引言3D打印技术也称增材制造技术,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,近30年来得到了快速发展,已成为第3次工业革命的前奏。
然而,尽管增材制造技术能够打印出各式各样的物体,不足之处是打印出来的物体仍需要组装,缺乏柔性和环境适应性,为此科学家提出了4D打印技术。
2011年,Oxman提出一种变量特性快速原型制造技术,利用材料的变形特性和不同材料的属性,通过逐层铺粉成型具有连续梯度的功能组件,使成型件能够实现结构改变,这是4D打印思想的雏形。
4D打印技术的概念是在2013年由麻省理工Tibbits在娱乐和设计会议上提出的,他演示了将一段绳状物放入水中后,该物体能自动折成MIT字样的立体结构,由此开启了4D打印技术的研究热潮。
4D打印技术是指由3D技术打印出来的结构能够在外界激励下发生形状或者结构的改变,直接将材料与结构的变形设计内置到物料当中,简化了从设计理念到实物的造物过程,让物体能自动组装构型,实现了产品设计、制造和装配的一体化融合。
航空航天先进复合材料研究现状及发展趋势
1、高强度、高刚度
先进复合材料具有高强度、高刚度的特点,能够承受较大的载荷,并保持结 构的稳定性。
2、重量轻
先进复合材料的密度较低,相较于传统金属材料,其重量轻可达50%-70%。
3、耐腐蚀性强
先进复合材料具有较好的耐腐蚀性,可以在各种恶劣环境中长期使用。
4、可设计性强
先进复合材料可以通过不同的工艺和组合方式,实现各种不同性能和功能的 材料设计。
航空航天先进复合材料研究现 状及发展趋势
目录
01 一、走进航空航天复 合材料
02 二、航空航天先进复 合材料的研究现状
03 三、航空航天先进复 合材料的发展趋势
04 四、总结
05 参考内容
随着航空航天技术的飞速发展,对材料的要求也日益苛刻。作为一种新兴的 材料,先进复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛。本次演示将介绍航空航 天先进复合材料的研究现状及其发展趋势。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、智能化
未来先进复合材料将朝着智能化方向发展,实现材料的自我感知、自我修复、 自我控制等智能化功能,提高材料的使用效率和安全性。
4、广泛应用化
随着先进复合材料制备技术的不断完善和成本的逐渐降低,未来先进复合材 料将广泛应用于各种领域,包括航空、航天、汽车、船舶、电力、医疗等。
四、结论
先进复合材料作为一种新兴的材料,具有高强度、高刚度、重量轻、耐腐蚀 性强和可设计性强等特点,在航空航天领域有着广泛的应用前景。未来,随着科 技的不断发展和技术的不断完善,先进复合材料将朝着高性能化、绿色环保化、 智能化和广泛应用化方向发展。相信在不久的将来,先进复合材料将在航空航天 领域发挥更大的作用,推动航空航天事业的不断发展。
4.跨领域合作与交流
智能复合材料研究进展
智能复合材料研究进展1智能复合材料研究进展智能复合材料研究进展材硕113班(0301110546)王鸿摘要:智能复合材料是拟人化的高科技材料,它能根据设计者的思路要求实现自检测、自诊断、自调节等各种特殊功能。
文章介绍了智能复合材料的原理、组成,分析了几种智能复合材料如:压电复合材料、形状记忆合金、光纤材料、电流变体等的开发研究概况及其在纺织品中的应用。
关键词:智能复合材料,形状记忆合金,智能纺织品1引言智能复合材料是一类基于仿生学概念发展起来的高新技术材料,它实际上是集成了传器、信息处理器和功能驱动器的新型复合材料。
其通过传感器感知内外环境状态的变化,将变化所产生的信号通过信息处理器做出判断处理,并发出指令,而后通过功能驱动器调整材料的各种状态以适应内外环境的变化,从而实现自检测、自诊断、自调节、自恢复、自我保护等多种特殊功能类似于生物系统。
智能复合材料是微电子技术、计算机技术与材料科学交叉的产物,在许多领域展现了广阔的应用前景,如机械装置噪音与振动的自我控制等,飞机的智能蒙皮与自适应机翼,桥梁与高速公路等大型结构的自增强、自诊断自修复功能,以及各种智能纺织品。
2智能复合材料的主要种类和应用2.1产业领域2.1.1形状记忆合金纤维增强智能复合材料[1]SMA应用于智能复合材料主要由于其具有形状记忆效应(SME)和超弹性。
最典型的SMA是NiTi合金,它感应灵敏度高,微应变大,可回复应力大,致动机理简单(驱动器只需SMA一种材料,可拉成纤维或丝状),有良好的感应和驱动性能。
SMA从功能上概括主要有如下应用。
1)材料的增强。
埋有SMA的复合材料结构中的SMA被激励时将对整个结构的性能产生较大的压应变,如将SMA丝合理地布置于结构中可显著增强复合材料的强度:而且有资料表明在SMA丝的体积分数不变的情况下,将其适当排列,可提高复合材料的抗低速冲击性能。
2)变形控制与结构损伤的探测、抑制与修复。
美国应用SMA制成了夹心结构树脂基复合材料用于“柔性机翼”,该机翼在各种飞行速度下自动保持最佳翼型,大幅度提高飞行效率,并可对出现的危险振动自行抑制;将适量NiTi合金2智能复合材料研究进展纤维铺于环氧树脂基体中制成智能复合材料(SMC)。
智能材料的研究现状与未来发展趋势
智能材料的研究现状与未来发展趋势智能材料是一种具有自感知、自适应、自诊断、自修复和自动反应等功能的新型材料,是当今材料科学和工程领域的研究热点之一。
智能材料的应用领域广泛,涉及到军事、航空航天、汽车、医疗器械、建筑、环境保护和可穿戴设备等领域,对于提升产品性能、延长使用寿命、降低维护成本具有重要意义。
目前,智能材料的研究现状主要聚焦在以下几个方面:一、生物仿生智能材料研究生物仿生智能材料是基于生物体内部复杂的结构和功能,模拟生物体的某些结构和功能原理而设计的新型智能材料,如仿生智能材料的光敏、温敏、机械敏感性等。
目前,生物仿生智能材料的研究涉及到仿生结构、仿生材料和仿生功能的设计和制备,包括仿生纳米片、仿生多孔结构和仿生复合材料等。
这些材料在生物医学、机器人和传感器等领域具有巨大的应用前景。
二、智能材料的功能化改性研究智能材料的功能化改性是指在传统材料的基础上,通过加入合适的功能组分或控制其微观结构,使其具有感应、响应等特定功能的改性过程。
目前,智能材料的功能化改性研究主要集中在液晶材料、形状记忆合金、电致变色材料、光敏材料、压敏材料等方面,通过对材料的结构和性能进行调控,实现材料的智能化。
三、智能材料的制备技术研究智能材料的制备技术主要包括化学合成、物理制备、生物制备和仿生制备等多种手段,同时也涉及到纳米技术、生物技术、材料工程等多个学科的交叉。
目前,智能材料的制备技术正在不断地向纳米尺度、高性能和多功能化方向发展,如采用纳米材料、生物模板、自组装技术等方法,实现智能材料的精准设计和高效制备。
随着科学技术的不断进步,智能材料的研究未来将呈现出以下几个发展趋势:一、智能材料的多功能化随着人们对材料性能要求的不断提高,智能材料的未来发展趋势将朝着多功能化方向发展。
未来的智能材料不仅具有自感知、自诊断、自修复、自适应等基本功能,还将具有多种功能的集成和协同作用,如光、电、热、声等多种功能的融合,从而实现更加智能、多样化的应用。
智能材料和结构的研究与开发
智能材料和结构的研究与开发智能材料和结构是近年来备受瞩目的领域。
它们具有智能响应、自修复、形变等特性,已被广泛应用于军事、航空航天、医疗、建筑、能源等领域。
在未来,智能材料和结构的发展将成为人类技术进步的一个重要方向。
本文将探讨智能材料和结构的研究现状、应用前景和未来发展趋势。
一、智能材料的研究现状及应用智能材料是指在受到外部刺激(如温度、光、电磁场等)时能够自动或自主地产生变化,以实现对外界环境的感知和响应的一种新型材料。
目前,针对智能材料的研究主要包括形状记忆合金、电敏感材料、磁致伸缩材料、智能涂层材料、智能纳米材料等。
智能材料最常见的应用领域为军事和航空航天领域。
在军事上,利用智能材料制作的自主引导武器、自适应结构体等,可以大大提升作战能力;在航空航天领域,一些研究成果也被广泛应用,如利用智能材料制作的飞机翼和机身可以自行修复裂缝和减小空气阻力。
此外,智能材料还在医疗、建筑、能源等领域有广泛应用。
例如在医疗中,智能材料可用于人工心脏起搏器、智能体外循环等医疗设备制作;在建筑中,智能材料可用于建筑隔音、节能、抗震等领域;在能源中,智能材料可用于高效能源获取和储存。
二、智能结构的研究现状及应用智能结构是指能够自动感知和控制自身形变、强度、稳定性等性能的新型结构。
它包括智能陶瓷、纤维增强复合材料、智能混凝土、智能钢结构等。
智能结构最常见的应用领域为建筑和桥梁工程。
例如在建筑中,智能结构可用于减震、消音、防火、节能等领域;在桥梁工程中,智能结构可用于提高承载能力、抗震能力和延长使用寿命。
三、智能材料和结构未来发展趋势智能材料和结构的未来发展趋势可以从以下几个方面来展开:1.开发更为复杂的智能结构。
未来的智能结构将会更加复杂,并将整体结构化、模块化,以提高自身的智能性。
2.应用范围的扩展。
未来智能材料和结构的应用范围将会继续扩展,并进一步渗透至智能机器人领域。
3.发展基于智能材料和结构的新型技术。
未来将会发展出基于智能材料和结构的新型技术,如智能感知系统、智能控制系统等。
人工智能在复合材料研究中的应用
复合材料的特点
复合材料具有许多优点,因此在航空航天领域中得到了广泛应用。首先,复 合材料具有高强度和刚度,能够承受复杂的应力条件。其次,复合材料具有优良 的韧性,可以在承受冲击和振动时保持稳定性。此外,复合材料还具有轻质化的 特点,可以减轻航空航天器的重量,提高有效载荷和性能。
复合材料的应用
1、飞机
复合材料研究现状
目前,复合材料研究面临着诸多挑战,如设计、制备、加工、性能表征等方 面。传统的研究方法主要基于经验与试错法,具有效率低下、成本高昂等缺点。 同时,复合材料的多层结构与性能关系复杂,难以通过传统方法进行精确预测和 控制。因此,迫切需要发展新的研究方法和技术手段,以提高复合材料研究的效 率和精度。
3、智能检测:人工智能在检测领域也具有广泛的应用,如机器视觉、深度 学习等。这些技术能够提高检测效率,降低检测成本,提高产品质量。
三、人工智能技术对制造业的影 响
人工智能技术的应用对制造业产生了深远的影响。首先,人工智能技术提高 了生产效率,降低了生产成本,从而提高了企业的竞争力。其次,人工智能技术 的个性化生产方式,满足了市场的多样化需求,拓展了企业的市场空间。此外, 人工智能技术还能够提高生产安全性,减少安全事故的发生,为企业创造更多的 价值。
引言
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组合而成的具有特定性能的材 料。由于其具有优异的性能和灵活的结构设计,复合材料在航空航天领域的应用 日益广泛。本次演示将介绍复合材料在航空航天中的应用,以及其未来的发展趋 势。
航空航天领域
航空航天领域是先进材料和技术的重要应用领域。随着人类探索宇宙和追求 交通工具速度的需求不断增加,航空航天领域的发展越来越快。为了满足航空航 天领域对高性能材料的需求,复合材料逐渐成为了重要的选择。
复合材料发展趋势资料
复合材料发展趋势资料
随着航空航天、交通运输系统、能源系统、电子传感器、微电子元件和医疗仪器等高性能复合材料的需求的不断增长,复合材料行业的发展趋势也会受到影响。
以下是复合材料行业的一些发展趋势:
一、可持续发展的发展趋势
由于环境要求的不断提高,企业要开发出环境友好的复合材料,可以有效减少污染。
这需要开发出使用更少的化学物质,能够减少引起环境污染的废弃物的复合材料。
同时,复合材料也应该便于回收,维护自然环境的安全和完整。
二、智能化发展趋势
智能材料是指通过安装特定传感器,使其具有一定的感知能力,对其所处的环境作出反应,并执行特定操作的材料。
智能复合材料的发展势头迅猛,它可以用于一些应用领域的数据采集和感知功能,例如飞行器和运输系统的状态监测、结构检测和自动控制等。
三、智能制造发展趋势
智能制造是指充分利用现代信息技术,实现供应链、制造过程、质量控制和客户服务等全过程的自动化和信息化,提升生产效率,改善产品质量的制造技术。
基于此,复合材料制造技术也将提出更高的要求,例如更快的生产速度、更高的质量标准、更强的制造灵活性等,这些都需要一定的技术支持。
复合材料的未来发展和趋势分析
复合材料的未来发展和趋势分析近年来,随着人们对新材料的需求不断增加,复合材料成为了其重要的组成部分之一。
复合材料的性能优异,在航空航天、汽车、建筑等行业都有广泛的应用。
那么,未来复合材料的发展方向和趋势会是什么呢?一、创新研发复合材料的产业链比较长,包括了材料生产、生产设备、加工过程、终端市场等多个环节。
在这个环节中,创新研发是最能够推动复合材料行业发展的一个环节。
未来,复合材料的研发将更加注重环保、可持续发展和兼容性。
二、智能化未来复合材料的一个趋势是智能化。
在可穿戴设备、智能家居、健身器材等方面,复合材料已经有很好应用。
未来,随着物联网的不断发展,复合材料将会在更多方面应用。
比如说,在建筑、桥梁等领域通过智能化的技术来检测和维护,优化产品的使用寿命和安全性。
三、轻量化轻量化是复合材料的一个常见特点,同时也是一个未来的趋势。
随着汽车、火箭等交通工具对于质量的要求越来越高,轻量化的要求也在不断加强。
未来,复合材料会更加注重轻量化,并会采用更多的可再生材料,以便更好地适应未来的市场需求。
四、环保环保是现代社会的一个重要话题。
未来复合材料的应用将更加注重环保。
除了采用可再生材料外,未来复合材料还将更好地适应环保法规的要求,并且在生产过程中也采用无公害材料,来减少对环境的污染。
五、全产业链协同复合材料的生产链比较长,并覆盖了多个板块。
为了更有效地应对市场需求,未来复合材料的生产将更加注重整个产业链的协同。
这样可以有效地提高整个生产过程的效率以及产品的性能及安全性等。
六、质量优先无论是新材料,还是复合材料的生产厂商,未来的发展趋势都是以质量为本。
为了提升产品的质量,会更加注重材料的性能、稳定性及可靠性等方面的优化。
同时,也会更加注重质量检测和维护,提高产品的使用寿命和安全性。
总之,复合材料的未来发展和趋势将更加注重创新研发、智能化、轻量化、环保、全产业链协同和质量优先等方面的要求。
这些都是推动复合材料行业发展的重要因素。
智能超材料研究与进展
智能超材料研究与进展一、本文概述随着科技的飞速发展,智能超材料作为一种前沿科技,正逐渐走进人们的视野。
智能超材料,顾名思义,是指具有超越传统材料性能,并能通过外界刺激(如光、热、电、磁等)实现性能调控的新型复合材料。
其独特的性能以及广泛的应用前景,使得智能超材料在航空航天、医疗、军事、能源等领域展现出巨大的潜力。
本文旨在全面综述智能超材料的研究现状与发展趋势,包括其基本原理、设计策略、制备方法、性能调控机制以及实际应用等方面。
通过对近年来国内外相关文献的梳理和分析,本文旨在为读者提供一个清晰、系统的智能超材料知识体系,并探讨未来可能的研究方向和应用前景。
在文章结构上,本文将首先介绍智能超材料的基本概念、分类及其独特性能,为后续研究提供理论基础。
接着,本文将重点分析智能超材料的制备方法及其性能调控机制,包括各种外部刺激下的响应行为及其调控原理。
在此基础上,本文将探讨智能超材料在航空航天、医疗、军事、能源等领域的应用案例及前景。
本文将对智能超材料的研究现状进行总结,并展望未来的发展趋势和挑战。
通过本文的阅读,读者可以深入了解智能超材料的基本原理、制备方法、性能调控机制以及实际应用,为其在相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
本文也期望能激发更多科研工作者对智能超材料的关注和兴趣,共同推动这一领域的快速发展。
二、智能超材料的基本原理智能超材料,作为一种前沿的材料科技,其基本原理主要基于材料内部结构与外部刺激之间的动态互动。
这类材料通过先进的制造技术,如纳米技术、3D打印和生物技术,实现了在传统材料中难以达到的性能和功能。
可调性:智能超材料能够通过外部刺激,如温度、光照、电场、磁场等,改变其内部微观结构或组成,从而实时调整其宏观性质。
这种可调性使得智能超材料能够适应不同的环境和应用需求。
自适应性:智能超材料具有自适应性,能够在受到外部刺激时自动调整其性能。
例如,某些智能超材料能够在受到压力或温度变化时,改变其硬度和弹性,以适应外部环境。
智能材料的研究现状与未来发展趋势
智能材料的研究现状与未来发展趋势随着科学技术的不断发展,智能材料也随之出现并逐渐得到广泛关注。
智能材料是指能够对外界环境做出反应或产生主动变化的材料,广泛应用于航空航天、电子、医疗、军事等领域。
目前,智能材料的研究方向主要集中在以下几个方面:1.响应型材料响应型材料是一种能够对外界刺激产生反应的材料。
响应型材料可根据激励类型不同分为压电材料、热响应材料、光响应材料等。
常用于开关、控制和传感器等领域。
2.形状记忆材料形状记忆材料是一种能够记住形状并在受到刺激后恢复原始形状的材料。
形状记忆材料可分为单向形状记忆材料、双向形状记忆材料等。
常用于变形、传感器、储能等领域。
3.自修复材料自修复材料是一种能够自动修复自身缺陷的材料。
自修复材料可分为活性修复材料、反应修复材料、微胶囊修复材料等。
常用于涂料、塑料、复合材料等领域。
4.智能表面涂层智能表面涂层是一种能够在接触或环境变化时产生变化的涂层。
智能表面涂层可分为摩擦削减涂层、智能防水材料、智能环保涂料等。
常用于航天、汽车、建筑等领域。
未来发展趋势:1.集成化发展未来智能材料将越来越多地融入到各行业领域中。
智能材料的集成化将成为一个趋势,多种智能材料的组合将产生更多的应用场景。
2.生物仿生趋势生物仿生是智能材料发展的重要趋势之一。
通过仿生材料的研究,人们可以学习自然界中的生物材料,并将其应用于工业和医疗等领域。
3.纳米技术的应用纳米技术被认为是智能材料发展的重要支撑。
纳米技术的发展将带来更多的新材料、新成像等应用。
总之,智能材料具有很大的开发潜力,其广泛应用可以促进各行业的发展。
智能材料的研究目前正处于快速发展阶段,其未来的发展趋势也将越来越多地向集成化、生物仿生和纳米技术等方向发展。
智能复合材料
智能复合材料智能复合材料是一种具有智能功能的新型材料,它将传统材料与智能材料相结合,通过智能成分的引入,赋予材料更多的功能和性能。
智能复合材料的研究和应用已经成为材料科学领域的热点之一,它在航空航天、汽车制造、建筑材料、医疗器械等领域有着广泛的应用前景。
智能复合材料的特点之一是具有多功能性。
它可以同时具备结构强度、导热性、导电性、隔热性等多种功能,满足不同领域对材料性能的要求。
例如,在航空航天领域,智能复合材料可以用于制造轻质结构件,提高飞行器的燃油效率;在医疗器械领域,智能复合材料可以用于制造人工关节和骨科植入材料,提高患者的生活质量。
智能复合材料的另一个特点是具有自感知、自诊断、自修复的能力。
通过在材料中引入智能成分,可以使材料具有自感知自诊断的功能,及时发现材料的损伤和疲劳,为维修提供及时的数据支持;同时,智能复合材料还可以具有自修复的能力,通过自修复功能延长材料的使用寿命,降低维护成本,提高材料的可靠性和安全性。
智能复合材料的研究和应用还面临一些挑战。
首先是材料的制备技术和工艺的不断改进和创新。
智能复合材料的制备需要精密的工艺和设备,对材料的成分和结构有着严格的要求,需要不断提高制备技术和工艺的水平,降低制备成本,提高生产效率。
其次是智能复合材料的性能和稳定性的提升。
智能复合材料的性能和稳定性直接影响着材料的应用效果和使用寿命,需要通过材料结构设计、成分优化等手段,提高材料的性能和稳定性。
最后是智能复合材料的标准化和规范化。
智能复合材料的研究和应用需要建立一套完善的标准体系,对材料的性能、测试方法、应用要求等进行规范,为智能复合材料的研究和应用提供技术支持和保障。
综上所述,智能复合材料是一种具有多功能性、自感知、自诊断、自修复能力的新型材料,具有广阔的应用前景和发展空间。
随着材料科学和技术的不断进步,相信智能复合材料将会在未来的各个领域发挥重要作用,为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
功能复合材料的发展趋势
功能复合材料的发展趋势
功能复合材料是指将两种或两种以上的材料通过一定的工艺方法结合
在一起,以达到更好的性能和应用效果。
功能复合材料在现代工业中
得到了广泛的应用,其发展趋势主要表现在以下几个方面。
一、高性能化
随着科技水平的不断提高,人们对功能复合材料的性能要求也越来越高。
未来,功能复合材料将向更高强度、更高韧性、更高耐热、更低
密度等方向发展。
例如,碳纤维增强复合材料已经成为航空航天领域
最重要的结构材料之一,未来还将继续提高其强度和韧性。
二、多样化
随着应用领域的不断扩大,功能复合材料也需要满足不同领域的需求。
未来,功能复合材料将会出现更多种类和品种,例如电磁屏蔽复合材料、导电复合材料等。
三、智能化
智能化是未来功能复合材料发展的重要方向之一。
智能化功能复合材
料可以根据外界环境变化自动调整其物理、化学和机械性能,从而实
现更好的适应性和可控性。
例如,智能化复合材料可以根据温度变化
自动调节其导电性能,从而实现温度感应。
四、可持续发展
功能复合材料的发展也需要考虑环境保护和可持续发展。
未来,功能
复合材料将会越来越注重环境友好型和可回收利用。
例如,生物基复
合材料可以替代传统石油基复合材料,具有更好的环保性和可持续性。
总之,未来功能复合材料将会朝着高性能化、多样化、智能化和可持
续发展方向不断发展。
这些趋势将推动功能复合材料在各个领域得到
更广泛的应用。
智能材料研发现状及其在建筑应用上的展望_陆春晓
中华建筑报/2012年/8月/21日/第014版前沿智能材料研发现状及其在建筑应用上的展望英国诺丁汉大学建筑学院讲师,数字化设计与构建实验室协调人陆春晓材料是人类生活和生产的基础,研究者一般将其划分为结构材料和功能材料两大类,对结构材料的研发主要要求其机械强度,而对功能材料的要求则侧重于其特有的功能。
智能材料的概念最早由日本高木俊宜教授在1989年提出,是指能够感知环境变化,并通过自我判断和结论而实现和执行指令的材料。
其不同于传统结构材料和功能材料,它模糊了两者之间的界限,由于它功能特殊,使得逐渐发展出结构功能化、功能智能化的特征。
随着对智能材料研究的深入,对智能材料的定义变得更加严格,目前的概念即是指在材料系统或结构中,可将传感、控制和驱动三种职能集于一身,通过自身对信息的感知、采集、转换、传输的处理,发出指令,并执行和完成相应动作,从而具有模仿生物体的自增值性、自修复性、自诊断性、自学习性和环境适应性。
智能材料在目前文献中的提法大都为机敏材料(Smart Materia1)、智能材料(Intelligent Materia1),而机敏结构(Smart Structure)、自适应结构(Adaptive Structure)、智能结构(Intelligent Structure),则是指将感元件、驱动元件和控制系统结合或融合在机体测量中而形成的一种器件复合结构。
智能材料的基础是功能材料。
功能材料通常可分为两大类,一类被称为驱动材料,它可以根据温度、电场或磁场的变化来改变自身的颜色、形状、尺寸、位置、刚性、阻尼、相位、内耗或结构等性能,因而对环境具有自适应功能,可用以制成各种执行器;另一类被称为感知材料,它是指材料对于来自外界或内部的刺激强度及变化(如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等)具有感知力,可以用来制成各种传感器。
同时,具有敏感材料与驱动材料特征的材料才能被称为智能材料。
智能材料通常不是一种单一的材料,而是一个由多种材料系统组元通过有机紧密或严格的科学组装而构成的一体化系统,是敏感材料、驱动材料和控制材料(系统)的有机合成。
复合材料制造智能化发展趋势
复合材料制造智能化发展趋势摘要:由于复合材料制造的特殊性,相比其他专业,复合材料数字化工厂建设中存在其独有的不同点和难点,主要表现在产品质量稳定性差、产品研制周期长、离散型制造、制造过程大多是特种工艺等,这在数字化工厂建设过程中,尤其是实现连续生产过程中是不可回避的问题。
关键词:复合材料;制造;智能化前言复合材料专业在数字化、智能化制造转型中有很大的困难及挑战,但是作为先进航空制造的重要一环,转型是大势所趋,如何精准分析复合材料制造体系专业、要素、流程及应用技术,是实现数字化工厂建设成果关键。
一、复合材料概述及发展现状装备研制,材料先行。
随着当代技术的不断突破与发展,单一的材料性能已经不能满足使用需求,复合化成为材料基础研究的突破口。
复合材料是指由金属、高分子、无机非等几类材料以不同方式复合而得的新型材料,各组分之间相互补充又关联协同,具有单一材料无可比拟的优势。
在航空航天领域中,恶劣的工作环境意味着需要性能更具优势的先进复合材料,将先进复合材料应用于航空航天领域,可以实现:(1)装备大幅度减重。
可增加有效载荷、降低能耗;(2)优异的力学性能;(3)具备在高低温环境下以及腐蚀性介质中的尺寸稳定性;(4)材料结构可设计,实现结构功能一体化;(5)可满足不同的性能需求,如电磁屏蔽、热烧蚀防护等。
航空飞行器长期的发展目标是:轻量化、高可靠性、长寿命、高效能。
先进复合材料可满足航空领域对材料的需求,它的用量也逐渐成为飞机先进性的重要标志。
航天领域中,以高性能碳纤维复合材料为代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化构件材料,在导弹、运载火箭和卫星等飞行器上发挥着不可替代的作用,其应用水平和规模已关系到武器装备的跨越式提升和型号导弹研制的成败。
先进复合材料的发展推动了航天整体技术的发展,主要应用于导弹弹头、弹体箭身和发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力件上。
二、复合材料制造智能化措施2.1厂房和设备2.1.1厂房规划与建设复合材料数字化工厂的规划应结合生产线的布局,综合评估净化间、固化区、加工区、装配区的位置和布局,以物流最便捷、行程最短为原则确定。
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智能复合材料研究发展概况摘要:智能复合材料是基于仿生学发展起来的高新技术材料,根据设计者的要求实现自检测、自诊断、自调节等各种特殊功能。
本文介绍了智能复合材料的原理、组成,分析了几种智能复合材料的开发研究及其存在的问题。
关键词:智能复合材料形状记忆合金压电材料光导纤维自检测自修复Abstract:Intelligent composite materials which is high-tech materials is developed based on bionics. Self-testing, self-diagnosis, self-regulation and other special function are achieved according to the demands of designers. In this article the principles and composition of smart composite materials are described, the research and problems of several intelligent composite materials are analysised.Keywords:Intelligent composite materials shape memory alloy piezoelectric material light conduct fiber self-testing self-repair引言智能复合材料是一类基于仿生学概念发展起来的高新技术材料,它实际上是集成了传感器、信息处理器和功能驱动器的新型复合材料。
其通过传感器感知内外环境状态的变化,将变化所产生的信号通过信息处理器做出判断处理,并发出指令,而后通过功能驱动器调整材料的各种状态,以适应内外环境的变化,从而实现自检测、自诊断、自调节、自恢复、自我保护等多种特殊功能,类似于生物系统。
智能复合材料是微电子技术、计算机技术与材料科学交叉的产物。
智能复合材料能够很好的避免复合材料在拉压、冲击或疲劳等载荷作用下, 极易发生损伤直至最终破坏的弱点,对复合材料的初期损伤,能够及时发现并采取相应措施, 将经济损失降到最低, 甚至可以避免灾难性的后果出现。
因此智能复合材料在许多领域展现了广阔的应用前景,如机械装置噪音与振动的自我控制等[1],飞机的智能蒙皮[2]与自适应机翼,桥梁与高速公路等大型结构的自增强、自诊断、自修复功能[3 - 4],以及各种智能纺织品[5 - 6]。
1智能复合材料的构成及设计(1) 基体材料基体材料主要起承受载荷的作用,一般选用轻质材料,其中高分子材料因重量轻、耐腐蚀等优点而受到人们的重视。
也可选用金属材料,尤其以轻质有色合金为主。
(2) 传感器部分传感器部分由具有感知能力的敏感材料构成。
它的主要作用是感知环境的变化,如温度、压力、应力、电磁场等,并将其转换为相应的信号。
这种材料目前有形状记忆合金、压电材料、光纤、磁致伸缩材料、PH 致伸缩材料、电致变色材料、电致粘流体、磁致粘流体、液晶材料、功能梯度材料和功能塑料合金等。
(3) 驱动器部分构成驱动器部分的驱动材料在一定的条件下可产生较大的应变和应力,从而起到响应和控制的作用。
如形状记忆合金、磁致伸缩材料、PH 致伸缩材料、电致伸缩材料等。
(4) 信息处理器部分信息处理器部分是智能复合材料的最核心部分。
随着高度集成的硅晶技术的发展,信息处理器也变得越来越小,这就为将信息处理器复合进智能复合材料提供了良好的条件。
智能复合材料在功能结构上虽然可以分为以上4 大部分,但是它并不是这4 部分的简单叠加,而是它们的有机结合。
制取智能复合材料时在工艺上需要解决很多关键的技术问题,不仅要在宏观上进行尺寸和结构的设计与控制,而且更要在微观(至纳米级、分子乃至原子的尺寸) 上进行结构设计与复合[3 ]。
智能复合材料设计方法(1) 根据智能复合材料的应用和目标,提出智能复合材料的系统智能特性;(2) 选择基体材料和传感器部分、处理器部分、驱动器部分的机敏材料;(3) 从宏观上和微观上进行结构设计;(4) 建立数学和力学模型,对智能复合材料系统进一步优化;(5) 进行理化测试,检验材料的功能。
随着计算机技术的日益发展和在生产实际中的广泛应用,智能复合材料的设计也可应用计算机进行模拟设计。
2智能复合材料研究发展状况发展的总体特点与以往其它一些新材料技术相比, 智能复合材料的发展有其与众不同的特征, 主要表现在以下几个方面:(1)发展异常迅速智能材料与结构的概念的提出至今也不过20多年的时间,而美国等一些国家即已研制出大型智能复合材料构件,并正在进行模拟测试和验证,如美国防御、空间与通讯技术部已制造出用形状记忆合金作驭动器的树脂基复合材料夹芯结构的“柔性”机翼,该机冀为水陆两用型,通过其截面发生的曲面变化来进行飞机高度控制或自适应升力的变化,在水和空气中,该机其结构的变形响应与冀尖的位移、动力要求与动态响应有关。
波音防御与宇航技术中心同美国空军联合研制出了利用光学传感阵埋人复合材料的飞机构架,它是一种智能型飞机结构安全监测系统(即SHMS)计划,该系统可监测和控制飞机的疲劳裂纹、腐蚀状况、分层等信息以确保飞机安全、降低飞机保养与维修费用及避免人为观测误差。
另外还有三维纤维增强压力聚合物基复合材料无轴承智能直升机旋翼及法国的“智能蜻蜒”型飞机等等,均体现了国外智能复合材料与结构的发展水平。
(2)从事该项研究的新成立团体日趋增加,但多以宇航及国防应用为目标由于智能复合材料与结构是一种跨学科、跨行业的新技术领域, 因此不仅需要材料专家,还需要化学、物理学、系统控制等诸多方面的人才,因而从事该方面研究的跨学科综合学术团体迅速涌现,如许多大学等研究部门均成立了“智能材料与结构研究中心”,工业部门也竞相投资而国防部门及宇航系统对该领域的研究更是给予了高度重视,并且资助这方面研究的单位,绝大多数属于空军、海军、国防部和宇航系统。
美国国防部、国家宇航局、空军及各大飞机制造公司的研究部门以及日、英等国家均纷纷制定和提出了各自的发展计划。
(3)发达国家交流异常频繁、竞争也异常激烈目前有关智能材料与结构技术的研究工作正在世界范围内迅速展开,尤其在美, 日及欧洲发达国家更是给予了高度重视,仅1989年至1992年, 就已举行了4次国际学术会议,日、美双边技术研讨会更加频繁。
并且1990年美国创刊发行了第一本发展智能材料与结构技术的专业性期刊,到目前,涉及该领域的学术期刊已有很多种。
(4)基础研究与应用研究并行美国权威部门认为,智能材料与结构虽然发展迅速,但仍然是一个尚未成熟的领域,许多概念仍未认识或统一,因此基础研究还应大力加强,但构件的研究、制造已经纷纷上马,这是由于应用目标明确, 尤其是军事需求迫切所至,而且该领城正在朝着智能的集成化、传感、动作与控制系统的小型化方向发展。
如麦道公司正在研究智能蒙皮因损伤和疲劳引起的质量降低的方式,并将对带有智能蒙皮(F-15外侧前缘和F-18的外翼蒙皮)的飞机进行试飞,以验证其监视飞行载荷的能力。
加拿大波音公司的德·哈维兰分部研制的第一个全尺寸的机翼前缘Dash-8,长2.1m,该前缘为复合材料夹层结构,在其外蒙皮(13层Kevlar)中埋人了3层共250根光纤传感器,解决了结构中光纤界面的设计与制造问题,确定了结构中传感器集成的步骤,建立了光纤探测损伤系统的拓扑结构,并研制出了相应的扭伤估算软件及测试估算系统。
3智能复合材料的体系种类5.1 形状记忆合金(SMA) 智能复合材料形状记忆合金是集“感知”和“驱动”于一体的智能复合材料。
最典型的形状记忆合金是NiTi合金,这类材料还有InTl、CuZn、CuAl、NiAl、AgZn和AgCd 等。
这类材料几何形状会随温度的变化发生突变,在低温时其组织为马氏体状态,可进行间隔性塑性变形,当加热到特征温度以上时发生马氏体到奥氏体的转变,从而恢复到原来的形状,即显示形状记忆效应。
因形状记忆合金既可作传感器,又可作驱动器,将其与信息处理材料复合便可制得智能复合材料。
如古屋泰文将1%的TiNi 合金纤维铺设于环氧树脂基体中制成智能复合材料(SMC),在外力作用下,SMC 发生裂纹,借助形状记忆合金的电阻应力波的变化可自诊断材料的损伤,同时由于SMC 直接通电加热产生形状记忆收缩力,应力集中减小,使裂纹收缩,从而使SMC自动愈合,刚性也增大,材料不仅有自诊断性且具有损伤的自愈合能力。
5.2 光导纤维智能复合材料智能复合材料中的传感器是嵌埋在复合材料中的,这要求与基体之间具有良好的兼容性。
传统传感器大多不易与材料复合。
光纤具有良好的耦合性,由其制成的传感器,可以测量温度、应力、应变等多种物理量且具有极高的灵敏度,并综合了感知和传输双重功能,因此作为传感材料是最有效的。
目前,制成的各种光纤埋入式复合材料传感器其作用有:(1)实时监测、报告材料状态和结构在线综合评估。
例如对复合材料制造过程进行监测,随时报告加工中出现的缺陷,如裂纹、孔洞、缝隙等情况[9]。
也可监测结构使用时所处的状态,如疲劳和温度等情况[6],如1994年,在德国一座由预应力碳纤维复合材料和钢筋结构组成的桥中加入了光纤布拉格光栅应变传感器,检测碳纤维预应力的损失情况,并用于长期追踪应力的变化[9]。
此外,加拿大多伦多大学与波音公司合作研制了具有光纤“自诊断”系统的机翼前缘的损伤自评系统[11],通过测量光纤输光时的各种性能变化进行在线损伤评估。
(2)制作隐形复合材料。
其原理[9]是将由发光光纤和接受光纤两部分组成的光纤埋入复合材料时,光纤端面位于材料表面,发光光纤发射出不在红外探测器探测范围之内的光波,在远离材料的表面形成一道光波墙,达到隐形目的。
而接受光纤则接受制导激光信号,以便采取相关干扰措施。
(3)制作自修复智能结构。
其原理[3]是将带胶液空心光纤埋入复合材料中,当结构发生损伤时,由空心光纤网络的输出信号检测出损伤发生的位置,同时空心光纤作为输送修复胶液的通道将光纤所含胶液流到损伤处,修复复合材料。
为提高修复质量,可在复合材料中适当布置SMA,利用其受激励时产生压应力和热量,使胶液能够轻易流出,并提高固化的质量。
5.3 压电智能复合材料对材料施加力可产生电压称为压电效应;相反,施加电压则产生应变或应力称为反压电效应;具有此类性能的材料被称为压电材料,利用压电材料的电能和机械能的变换可做传感器和执行元件。
目前用的压电材料一类为压电陶瓷,有锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BT)、铌酸锂(LN)等;另一类为压电聚合物,有聚偏二氟已乙烯(PVDF)等。