智能材料结构教材
高分子智能材料全解课件
酸碱性质
配位性质
一些高分子智能材料可以与金属离子 发生配位反应,可以用于制备金属配 合物和催化剂等。
一些高分子智能材料具有酸碱性质, 可以用于制备离子交换树脂和酸碱传 感器等。
热学性质
1 2 3
热稳定性 高分子智能材料的热稳定性与其分子链结构和聚 集态结构密切相关,一些高分子智能材料可以在 高温下保持稳定的性能。
历史与发展
历史
高分子智能材料的研究始于20世纪80年代,随着材料科学、 物理学、化学等学科的发展,高分子智能材料逐渐成为研究 的热点。
发展
近年来,高分子智能材料在传感器、驱动器、智能复合材料 等领域的应用不断拓展,为未来智能化、多功能化的发展提 供了重要支撑。
特点与优势
特点
高分子智能材料具有感知、响应和自适应能力,能够对外界环境或刺激因素作出 快速、灵敏的响应,并表现出良好的稳定性和可重复性。
高分子智能材料全解课件
• 高分子智能材料的概述 • 高分子智能材料的挑战与解决方
01
高分子智能材料的概述
定义与分类
定义
高分子智能材料是指具有感知、响应 和自适应能力的功能材料,能够对外 界环境或刺激因素作出响应,并表现 出一定的智能行为。
分类
根据其响应方式和功能特点,高分子 智能材料可分为刺激响应型、自适应 型和生物仿生型等。
辐射接枝
利用辐射引发高分子智能材料表面上 的自由基,与其它单体进行接枝聚合。
化学镀
在高分子智能材料表面沉积金属或非 金属镀层,提高其导电性、耐腐蚀性 等性能。
04
高分子智能材料的应用领域
电子信息领域
电子信息领域是高分子智能材料应用的重要领域之一。高分子智能材料在电子信息领域中主要用于制 造电子元件、电路板、传感器、执行器等。它们具有优异的电性能、稳定性、耐高温和耐腐蚀等特性, 能够满足电子信息领域对高性能材料的需求。
(智能材料与结构系统)第2章智能材料
智能材料与结构系统第2章:智能材料智能材料是指具有感知、响应和控制功能的材料。
这种材料可以根据外部环境的变化自主地进行响应和调节,以实现特定的功能和效果。
智能材料的开发和应用在多个领域都具有重要的意义,包括机械工程、电子工程、生物医学等。
2.1智能材料的分类2.1.1智能材料的动作响应方式智能材料的动作响应方式可以分为主动式和被动式两种。
•主动式响应:这种材料具有自发性地响应外界刺激的能力,可以主动地产生形变或力学反应。
常见的主动式智能材料包括压电材料、形状记忆合金等。
•被动式响应:这种材料需要外部刺激才能发生变化,比如温度变化、光线变化等。
常见的被动式智能材料包括热敏材料和光敏材料等。
2.12智能材料的功能分类智能材料根据其功能可以分为感应与控制、调节与适应、传感与信号处理等。
•感应与控制:这类智能材料能够感知外界刺激,并通过自身的响应产生相应的动作。
例如,压电材料可以通过施加电压产生形变,而形状记忆合金则能根据温度变化自行恢复到其原始形状。
•调节与适应:这类智能材料能够通过自身的调节来适应外界环境的变化,从而保持一定的性能和功能。
例如,热敏材料可以根据温度变化自行调整其导电性能。
•传感与信号处理:这类智能材料能够感知外界的信息,并将其转化为输出信号进行处理。
例如,光敏材料可以感知光线的强度和波长,并将其转化为电信号进行处理。
2.2智能材料的应用领域智能材料的应用领域非常广泛,下面列举了一些常见的应用。
2.2.1机械工程领域在机械工程领域,智能材料常用于制造机械传动系统、控制系统^运动控制装置等。
例如,压电材料可以用于制造振动传感器和声波发生器,从而实现智能控制。
2.2.2电子工程领域在电子工程领域,智能材料常用于制造传感器、开关和执行器等。
例如,光敏材料可以用于制造光电开关和光电传感器,从而实现自动控制。
2.2.3生物医学领域在生物医学领域,智能材料有很多应用。
例如,形状记忆合金可以用于制造支架和植入物,从而实现自主调节和修复功能。
高分子智能材料全解PPT课件
传感器分类
按输入量、输出量、工作原理、能量关系等分类 。
传感器基本原理
利用物理效应、化学效应或生物效应,将被测量 转换为电量。
高分子智能材料在传感器中作用机制
敏感元件
高分子材料作为敏感元件,能够感知被测量的变化并产生响应。
转换元件
将敏感元件产生的响应转换为电量输出。
• 高分子智能材料在高端制造和智能制造中的应用:高分子智能材料在高端制造 和智能制造领域具有广阔的应用前景,如智能传感器、智能执行器、智能机器 人等,将为现代制造业的发展注入新的活力。
THANKS
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应用领域及前景展望
应用领域
高分子智能材料在传感器、驱动器、智能纺织品、生物医学、环保等领域具有 广泛的应用前景。
前景展望
随着科技的进步和需求的增长,高分子智能材料的应用领域将不断拓展,同时 对其性能的要求也将不断提高。未来,高分子智能材料将在智能化、多功能化 、环保化等方面取得更大的突破和发展。
02
控的释放行为等。
03
实践举例
列举几个成功应用高分子材料作为药物控释载体的案例,并分析其设计
思路和应用效果。
组织工程支架材料研究进展
组织工程支架材料的作用及要求
阐述组织工程支架材料在组织工程中的作用和所需满足的要求,如良好的生物相容性、适 当的机械性能等。
高分子材料在组织工程支架中的应用
分析高分子材料作为组织工程支架材料的优点和应用现状,如可降解高分子材料、水凝胶 等。
无免疫原性等。
安全性问题及对策
03
探讨高分子材料在生物医学应用中可能存在的安全性
问题,如毒性、致癌性等,并提出相应的解决策略。
(智能材料与结构系统)第2章智能材料
(智能材料与结构系统)第2章智能材料1. 引言智能材料是一种能够响应外部刺激并改变其物理性质的材料。
它具有智能感知、自适应调节和灵活响应等特点,在许多领域都有着广泛的应用。
本章将介绍智能材料的概念、分类和应用等内容。
2. 智能材料的概念智能材料是指能够基于外部刺激作出一定响应的材料。
这种响应可以是物理性质的改变,如形状、颜色、光学特性等,也可以是化学性质的改变,如溶解度、反应速率等。
智能材料可以感知环境变化或接收控制信号,并作出相应的动作。
智能材料可以分为两类:一类是被动响应型智能材料,另一类是主动响应型智能材料。
被动响应型智能材料是指在外界刺激下发生物理性质的变化,如热敏材料、压敏材料等。
主动响应型智能材料是指能够根据外界刺激主动改变其物理性质的材料,如形状记忆合金、光敏材料等。
3. 智能材料的分类智能材料可以根据其响应机制进行分类。
常见的智能材料分类包括形状记忆材料、光敏材料、热敏材料、电致变色材料等。
3.1 形状记忆材料形状记忆材料是一类能够在外界刺激下恢复其原始形状的材料。
形状记忆效应是指材料在经历过塑性变形后能够回复到其原始形状的能力。
常见的形状记忆材料包括形状记忆合金和形状记忆聚合物等。
3.2 光敏材料光敏材料是能够对光信号做出响应的材料。
光敏材料可以根据光信号的不同强度、波长和频率做出不同的响应。
光敏材料广泛应用于光电子器件、光学器件和光学传感器等领域。
3.3 热敏材料热敏材料是能够对温度变化做出响应的材料。
热敏材料可以根据温度的不同改变其物理性质,如导电性、热导性等。
热敏材料在温度控制、温度传感器等领域有着广泛的应用。
3.4 电致变色材料电致变色材料是能够在受到电场刺激时改变其颜色的材料。
电致变色材料广泛应用于智能窗户、显示器件和光学涂层等领域。
4. 智能材料的应用智能材料在许多领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:•智能结构:智能材料可以用于构建智能结构,如形状记忆合金用于航空航天领域中的控制杆;光敏材料用于自动调节建筑窗户的透光度。
2024年智能材料课件
智能材料课件一、引言智能材料是一种能够对外界刺激做出响应并改变其性能的材料。
这些材料在许多领域都有广泛的应用,包括医疗、建筑、能源和交通运输等。
智能材料的研究和发展是一个跨学科的领域,涉及材料科学、化学、物理学、生物学和工程学等多个学科。
本课件旨在介绍智能材料的基本概念、分类和应用。
二、智能材料的基本概念智能材料是一类具有感知、处理和响应外部刺激能力的材料。
这些外部刺激可以是温度、压力、湿度、光线、电磁场等。
智能材料的响应可以是形状、颜色、硬度、电导率、磁导率等性能的改变。
这种响应是可逆的,即当外部刺激消失时,材料的原始性能可以恢复。
三、智能材料的分类智能材料可以根据其响应机制和性能特点进行分类。
常见的智能材料包括:1.形状记忆材料:这类材料可以在外部刺激的作用下改变形状,并在去除外部刺激后恢复原始形状。
形状记忆合金和形状记忆聚合物是其中的代表。
2.液晶材料:液晶材料具有各向异性的物理性质,可以通过外部刺激(如温度、压力、电磁场等)来改变其光学性质。
液晶显示器就是利用液晶材料的这种性质制成的。
3.酞菁化合物:酞菁化合物是一类具有特殊结构的有机化合物,可以通过外部刺激来改变其颜色和电导率。
酞菁化合物在传感器和显示技术等领域有广泛的应用。
4.磁性材料:磁性材料可以通过外部磁场来改变其磁导率和磁化强度。
这种材料在数据存储和信息处理等领域有重要应用。
四、智能材料的应用1.医疗领域:智能材料可以用于制造可植入的医疗器械和药物输送系统。
例如,智能支架可以通过感知血管内的压力来调节其直径,以保持血管通畅。
2.建筑领域:智能材料可以用于建筑结构的健康监测和修复。
例如,智能混凝土可以通过感知裂缝和损伤来发出警报,并自我修复。
3.能源领域:智能材料可以用于制造高效能源转换和存储设备。
例如,智能窗户可以通过感知外界光线来调节其透光性,以节约能源。
4.交通运输领域:智能材料可以用于制造智能交通工具和交通安全设施。
例如,智能轮胎可以通过感知路面状况来调整其硬度,以提高行驶安全。
智能材料与智能结构讲
政策支持
各国政府对智能材料和智能结构 的研发和应用给予政策支持,鼓 励企业加大投入,推动产业发展。
THANKS
感谢观看
02
自适应结构的特性包括自适应性、自修复性和自优 化性等。
03
自适应结构的应用领域包括航空航天、汽车、建筑 和机器人等。
智能复合材料结构
智能复合材料结构是指由两种或两种以上材料组成,并具有感知、响应和 自适应等智能特性的结构。
智能复合材料结构的特性包括传感性、驱动性、信息处理和自适应性等。
智能复合材料结构的应用领域包括航空航天、汽车、船舶和土木工程等。
药物控制释放
智能药物载体能够在特定环境下按需 释放药物,提高治疗效果并降低副作
用。
个性化医疗
利用智能材料制成的生物传感器可实 时监测患者的生理参数,为个性化治 疗提供依据。
生物医学诊断
智能材料能够用于生物标志物的检测 和识别,为疾病诊断提供快速、准确 的方法。
在建筑领域的应用
总结词
智能材料与智能结构在建筑 领域的应用主要涉及结构健 康监测、节能减排和灾害防 控等方面。
仿生结构
01
仿生结构是指模仿生物体的形态、结构和功能等特性而设计的 结构。
02
仿生结构的特性包括生物相容性、生物可降解性和仿生功能性
等。
仿生结构的应用领域包括医疗器械、生物工程和机器人等。
03
柔性可展开结构
01 柔性可展开结构是指能够在弯曲的表面上展开并 形成所需形状和尺寸的结构。
02 柔性可展开结构的特性包括轻质、高强、可折叠 和自适应性等。
压电材料
总结词
压电材料是指在外加压力的作用下,能够产生电压的智能材 料。
详细描述
《智能材料与结构》课件
智能结构
1
传感器及其应用
传感器是用于检测和测量环境参数的智能材料,广泛应用于自动化、医疗和环境 监测领域。
2
智能材料在结构控制中的应用
智能材料在主动控制和从动控制中都发挥着重要作用,为结构提供更优异的性能 和响应。
智能材料与结构的发展
1 国内外发展状况
智能材料与结构领域在全球范围内得到了广 泛的研究和应用,中国也在该领域取得了重 要突破。
《智能材料与结构》PPT 课件
# 智能材料与结构
智能材料与结构是一个令人着迷的领域,通过使用具有特殊特性的材料和创 新的结构设计,我们可以开创全新的科技应用和解决方案。
定义及概述
智能材料的定义
智能材料是一种能够对外界环境作出反应并具备适应性的材料。
智能材料的分类
智能材料分为压电材料、形状记忆合金和智能聚合物等不同类型。
智能结构的概念
智能结构是将智能材料与工程结构相结合,实现更高级的功能和性能。
智能材料
压电材料
压电材料表现出压电效应,可 以转化机械能和电能之间的相 互转化。
形状记忆合金
形状记忆合金可以根据温度和 应力变化改变其形状,适用于 许多工艺和医疗应用。
智能聚合物
智能聚合物具有响应温度、pH 值和光照等外界刺激的特性, 可广泛应用于传感和控制系统。
2 发展趋势与展望
智能材料与结构将继续深入研智能材料与结构的意义
智能材料与结构的发展将推动科技和工程领域的创 新,为社会带来更安全、高效和可持续的解决方案。
继续探索智能材料与结构的发展可能性
我们应该继续深入研究智能材料与结构的潜力,探 索更多新的应用领域,为未来做出更多贡献。
《智能材料》PPT课件
《智能材料》PPT课件•智能材料概述•智能材料的结构与性能•智能材料制备技术与方法•智能材料在传感器领域应用目录•智能材料在驱动器领域应用•智能材料在能源转换与存储领域应用•总结与展望01智能材料概述定义与发展历程定义智能材料是一种能够感知外部环境或内部状态变化,并作出相应响应或自适应调整的材料。
发展历程从传统的被动材料到主动材料,再到具有感知和响应功能的智能材料,经历了数十年的发展。
感知能力能够感知外部环境或内部状态的变化。
响应能力能够根据感知到的变化作出相应的响应。
•自适应性:能够自适应调整自身性能以适应环境变化。
优势提高材料的性能和功能。
增强材料的可靠性和稳定性。
拓展材料的应用范围。
01020304应用领域举例用于制造自适应机翼、智能蒙皮等,提高飞行器的性能和安全性。
用于制造智能轮胎、自适应悬挂系统等,提高汽车的舒适性和安全性。
用于制造智能医疗器械、药物传递系统等,提高医疗效果和患者体验。
用于制造智能电池、自适应太阳能板等,提高能源利用效率和环保性。
航空航天汽车工业生物医学能源领域02智能材料的结构与性能结构类型及特点晶体结构具有周期性排列的原子或分子,呈现出特定的物理和化学性质。
非晶体结构原子或分子排列无序,具有各向同性和良好的可塑性。
复合结构由两种或两种以上不同材料组成,具有协同效应和多功能性。
性能参数指标力学性能包括强度、硬度、韧性等,反映材料抵抗外力破坏的能力。
物理性能包括热学、电学、磁学等性能,决定材料在特定环境下的行为。
化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性等,影响材料的稳定性和耐久性。
结构与性能关系探讨结构决定性能材料的性能往往由其内部结构决定,如晶体结构影响材料的力学性能和物理性能。
性能反映结构通过对材料性能的测试和分析,可以推断出其内部结构的特点。
结构与性能的优化通过改变材料的内部结构,可以优化其性能,满足特定应用需求。
例如,通过合金化、热处理等手段改善金属材料的力学性能。
03智能材料制备技术与方法原料选择与预处理原料选择根据智能材料的性能要求,选择适当的原材料,如高分子材料、金属材料、陶瓷材料等。
智能材料课件(2023版ppt)
04
应用领域拓展:从传统的建筑、汽车等领域, 拓展到生物医学、航空航天等新兴领域
智能材料的应用前景
建筑领域:智能材料可用 于建造更安全、节能、环 保的建筑
航天领域: 智能材料可 用于开发新 型航天材料, 推动航天事 业发展
01 06
05
军事领域:智能材料可用 于制造高性能武器装备, 提高军事实力
医疗领域:智能材料可用 于开发新型医疗设备,提
芯片等,提高电子产品的性能和功能
2
智能材料的特 性
感知特性
智能材料能够感知外部环境 的变化,如温度、压力、湿 度等。
智能材料能够根据外部环境 的变化做出响应,如改变颜 色、形状、硬度等。
智能材料能够存储和记忆外 部环境的信息,如温度、压 力、湿度等。
智能材料能够根据存储和记 忆的信息进行自我调节,如 改变颜色、形状、硬度等。
02 优点:制备过程简单,成本 低,可大规模生产
03 缺点:制备时间较长,需要 精确控制反应条件
04 应用:可用于制备纳米材料、 生物材料、光电材料等
模板法
模板法是一种制备智 能材料的常用方法, 通过将功能材料与模
板结合,形成具有特 1
定结构的智能材料。
模板法可以制备出具 有特定功能的智能材
4
料,如形状记忆材料、
智能材料生产 技术的发展
2
智能材料生产 设备的研发
3
智能材料生产 工艺的优化
4
智能材料生产 成本的降低
5
智能材料生产 效率的提高
6
智能材料生产 质量的控制
智能材料的应用拓展
智能材料在 航空航天领 域的应用
智能材料在 生物医学领 域的应用
智能材料在 汽车工业领 域的应用
2023年智能材料与结构专业考研书目
2023年智能材料与结构专业考研书目
《智能材料与结构》是一门跨学科的专业,它涉及材料科学、机械工程、电子工程、光学等多个学科领域。
想要考取该专业,首先需要准确掌握相关知识。
以下是2023年智能材料与结构专业考研书目:
一、材料基础方面
1. 材料力学
《材料力学资料集》(胡也频等编著)
《材料力学》(孟和编著)
2. 材料科学基础
《材料科学基础》(陈章良编著)
《材料科学基础与技术导论》(贾希涛等编著)
二、智能材料方面
1. 智能材料基础概念
《智能材料科学与技术》(沈关荣等编著)
2. 智能材料原理与应用
《智能材料及其应用》(姚凤麟编著)
《智能材料及其应用》(何其德等编著)
3. 智能材料技术
《微纳米加工与智能材料》(张耀文编著)
《智能材料制备与应用》(曹武东编著)
三、智能结构方面
1. 智能结构基础知识
《智能结构动态特性分析和控制技术》(江秀波编著)《智能结构(动力学)》(刘松涛等编著)
2. 智能结构在工程方面的应用
《智能结构应用技术与工程实例》(魏芝荣等编著)《智能结构工程应用》(罗国枝等编著)
四、液晶材料与器件方面
《液晶材料与器件》(胡若松等编著)
《液晶光学与显示技术》(陈权平、许大立编著)五、纳米技术方面
《纳米材料及其应用》(陈崇愚编著)
《纳米技术概论》(王润春等编著)
以上是2023年智能材料与结构专业考研书目,通过阅读这些书籍,能够让考生全面了解该专业的相关知识。
当然,考生需要根据自己的实际情况,合理选择适合自己的教材,并结合真题进行学习,以此来提高考试成功率。
智能材料课件 (一)
智能材料课件 (一)智能材料是当今科技领域的热点之一,越来越多的科研工作者开始研究智能材料及其应用。
为了满足这些研究者的需求,智能材料课件应运而生。
一、智能材料的概念智能材料是指能够感知外界刺激、作出相应反应的一类材料。
这种材料通常具有多种功能,如形状记忆、自修复、传感等。
智能材料不仅是实现自我适应的关键技术之一,而且对于环境、生物、医疗等领域的发展也具有重要影响。
二、智能材料的种类智能材料根据作用原理的不同,可以分为多种类型。
常见的智能材料包括形状记忆材料、电致变色材料、储能材料、光致变色材料等。
三、智能材料的应用智能材料的应用非常广泛。
在航空航天、船舶、汽车制造等领域,智能材料可以构建自适应结构,提高飞行、航行、行驶的安全性和舒适性。
在流体控制、工程机械、医疗健康等领域,智能材料可以实现精准控制和高效传输。
在家居生活、时尚装饰等领域,智能材料可以提供丰富且个性化的视觉体验,满足人们对于高品质生活的追求。
四、智能材料的研究进展随着智能材料的广泛应用,越来越多的科研工作者开始研究这一领域。
在形状记忆材料的研究方面,科学家已经成功制备出多种具有形状记忆特性的材料;在电致变色材料的研究方面,科学家已经取得了很大的进展,如制造出能够自适应调节光线的智能太阳镜等;在储能材料的研究方面,科学家们也已经制备出多种高性能的储能材料。
五、智能材料课件的意义智能材料课件是对智能材料领域内知识的系统化整理和深入解读。
它可以为学生提供全面详实的知识,帮助他们掌握智能材料的特性、分类、应用、研究进展等方面的信息。
同时,智能材料课件也是普及智能材料知识的重要途径,可以提高公众对于智能材料的认识和理解,促进其发展与应用。
六、结语智能材料是当前科技领域的重要发展方向,具备广泛的应用前景。
通过智能材料课件,我们可以更深入、全面地了解智能材料及其应用,进一步推动智能材料的研究与创新。
智能材料结构教材
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形状记忆合金驱动 后缘变形机翼模型
形状记忆合金变后缘弯度模型
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(3)结构检测和寿命预测
智能结构可用于实时测量结构内部的应变、温度 、裂纹,探测疲劳和受损伤情况,从而能够对结构 进行监测和寿命预测。
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(4)减震降噪
智能结构用于航空、航天 系统可以消除系统的有害 振动,减轻对电子系统的 干扰,提高系统的可靠性
3
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智能材料结构的概念:将具有仿生命功能的材料
融合于基体材料中,使制成的构件具有人们期望的 智能功能,这种结构称为智能材料结构。
智能材料的构成:一般来说智能材料由基体材料、 传感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。
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1、基体材料
基体材料担负着承载的作用,一般宜选用
轻质材料。 一般基体材料首选高分子材料,因为其 重量轻、耐腐蚀,尤其具有粘弹性的非线性 特征。其次也可选用金属材料,以轻质有色 合金为主。
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谢谢!
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2、传感材料
传感材料担负着传感的任务,其主要作 用是感知环境变化(包括压力、应力、温度 、电磁场、pH值等)。 常用传感材料如形状记忆材料、压电材
料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材
料、电流变体、磁流变体和晶材料等。
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3、驱动材料
因为在一定条件下,驱动材料可产生较大的应
变和应力,所以它担负着响应和控制的任务。常
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二、智能材料结构的应用现状和未来发展方向
1、应用现状
建筑和结构工程领域 医学领域
航空航天领域
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1、建筑和结构工程领域
第三章 智能材料及器件
作用原理:
预先拉紧的 SMA纤维 增加SMA材 料的刚度, 并有收缩的 趋势 提高了 圆筒的 耐高压 能力 对PMC 层施加 外部压 力
通过温度活化, 可控制活化程 度
对抗内 部压力
(2)静脉通道过滤器
Ni-Ti 合金的一个主要性质是其生物 相容性。 Simon用Ni-Ti作为一种静脉通道过 滤器,来打碎静脉中的血凝块,因为这 种血块可导致危及生命的肺栓塞,该项 应用已被美国食品药物管理局(FDA) 批准。
例如:埋在智 能结构中的传 感器(通常是光 导纤维)可以连 续不断地监测 飞机结构或零 件的完好状态。
三、智能材料的分类 目前常按组成智能材料的基材来划分: (1) 金属系智能材料 金属智能材料,主要指形状记忆合金材 料 (SMA), 形状记忆合金是一类重要的执 行器材料,可用其控制振动和结构变形。 (2) 无机非金属系智能材料 无机非金属系智能材料主要包括压电 陶瓷、电致伸缩陶瓷,电(磁)流变体等。
伪弹性: 指当对材料的母相施加压力诱发马氏体并 产生应变,当应力除去后,马氏体消失,应变 回复的效应。
形状记忆效应与伪弹性的关系 相同点:都是发生形状可逆变化。 相异点:合金材料形变时最初所处的状 态不同。 SME: 材料在马氏体态形变后发生。 伪弹性:在母相态形变时发生。
3、应用形状记忆效应进行智能材料设计
因此在实际应用中,在保证强度前 提下,允许材料内部有微孔存在。 利用此特性可构思损伤自预警和自 修复智能结构材料。 例1:在铝合金中预埋粒子(自预警功能)
材料受到 损伤
材料内 部的微 孔
在微孔中 预埋入可 产生声波 的物质
微孔扩展成较大裂缝 时,预埋物质便产生 声响,实现报警。
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形状记忆合金驱动 后缘变形机翼模型
形状记忆合金变后缘弯度模型
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(3)结构检测和寿命预测
智能结构可用于实时测量结构内部的应变、温度 、裂纹,探测疲劳和受损伤情况,从而能够对结构 进行监测和寿命预测。
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(4)减震降噪
智能结构用于航空、航天 系统可以消除系统的有害 振动,减轻对电子系统的 干扰,提高系统的可靠性
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3、在航空航天领域中的应用
(1)智能蒙皮
例如光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的智能蒙皮中,或者在武 器平台的蒙皮中植入传感元件、驱动元件和微处理控制系统制成的 智能蒙皮,可用于改善气动特性、预警、隐身和通信。
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(2)智能材料结构在变体飞行器中的应用
形状记忆聚合物展开蒙皮
形状记忆聚合物泡沫机翼夹心
智能材料结构
自然界的启示
1念、构成和种类
二
• 智能材料的应用现 状和未来发展方向
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一,智能材料的概念和基本原理
智能材料的构想来源于仿生学,它的目标就是想研制出 一种材料,使它成为具有类似于生物的各种功能的“活” 的材料。
独角仙的外壳可以随着外 界空气变潮湿其外壳的颜 色由绿色变成黑色。它所 呈现的外壳结构特征将成 为未来一种‘智能材料’ 的重要特性,科学家可以 依据这种特征研制作为湿 度探测器的新型材料。
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二、智能材料结构的应用现状和未来发展方向
1、应用现状
建筑和结构工程领域 医学领域
航空航天领域
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1、建筑和结构工程领域
(1)自诊断、自愈合混凝 土 (2)具有振动和噪声主动 控制功能的智能结构。 (3) 抗震建筑物
利用镍钛诺形状记忆合金(SMA)制成 的缆索能够有助于抵御地震或者飓风
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智能材料结构的概念:将具有仿生命功能的材料
融合于基体材料中,使制成的构件具有人们期望的 智能功能,这种结构称为智能材料结构。
智能材料的构成:一般来说智能材料由基体材料、 传感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。
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1、基体材料
基体材料担负着承载的作用,一般宜选用
轻质材料。 一般基体材料首选高分子材料,因为其 重量轻、耐腐蚀,尤其具有粘弹性的非线性 特征。其次也可选用金属材料,以轻质有色 合金为主。
用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电 流变体和磁致伸缩材料等。 可以看出,这些材料既是驱动材料又是传感 材料,显然起到了身兼二职的作用,这也是智能
材料设计时可采用的一种思路。
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智能材料结构的工作原理
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智能材料结构的种类
智能材料结构可分为两种类型:1、嵌入式智能 材料;2、材料本身具有一定的智能功能 按智能材料的功能来分,可以分为光导纤维、形 状记忆合金、压电、电流变体和电(磁)致伸缩材 料等。
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2、医学领域
(1)人造皮肤
人造皮肤智能材料,可 以感知温度、热流的变 化以及各种应力的大小 ,并且有良好的空间分 辨力。 这种智能材料还可 以分辨表面状况,例如 ,粗糙度、摩擦力等。
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(2)人工关节
(3)人造血管
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(4)智能药物释放体系——以智能材料为载体 材料,根据病情所引起的化学物质和物理量(信 号)的变化自反馈控制药物释放的通/断特性。 如:智能胰岛素释放体系。
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2、智能材料结构的未来研究方向
1、新型智能复合材料的研发。开发出能耗低、应变大、 频带宽、力学性能优越、稳定性和寿命高的新型智能材 料。 2、系统集成技术的研究。目前,大多数智能结构仅具有 传感功能,其处理和控制功能还需外接,往往是一个包 含众多功放、滤波、AID、D/A等的庞大系统,这对于 实际的应用而言是不便的。因此开发高精度的传感器以 及研究有效的信号采集和处理技术也显得至关重要。 3、传感器制动器的优化研究 。传感器和致动器优化配 置的研究也是目前急需解决的问题。
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2、传感材料
传感材料担负着传感的任务,其主要作 用是感知环境变化(包括压力、应力、温度 、电磁场、pH值等)。 常用传感材料如形状记忆材料、压电材
料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材
料、电流变体、磁流变体和晶材料等。
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3、驱动材料
因为在一定条件下,驱动材料可产生较大的应
变和应力,所以它担负着响应和控制的任务。常