智能材料
智能材料响应外界刺激并改变性能的材料
智能材料响应外界刺激并改变性能的材料智能材料是一类具有自诊断、自感知和自适应等特点的材料，通过对外界刺激的感应和响应，能够改变自身的性能。
智能材料在航空航天、医疗器械、机器人、汽车等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍几种智能材料的响应机制和其在实际应用中的潜力。
一、形状记忆合金形状记忆合金是一种具有记忆性能的智能材料。
在受到热力作用或其他外界刺激时，形状记忆合金能够发生相变，从而改变自身的形状。
这种材料可以实现自动控制和调节，如自动关闭和开启的阀门、自动调节流量的传感器等。
其在航空航天、机器人领域的应用已经取得了显著的成果。
二、光敏材料光敏材料是一种能够对光信号作出响应的智能材料。
通过对光的吸收、散射或透射等过程，光敏材料能够改变自身的结构和性能。
例如，光敏材料可以用于可变光学元件，实现自动调节的光透射和反射，广泛应用于自适应光学和光通信领域。
此外，光敏材料还可以在太阳能电池、光催化和光敏感器等领域中发挥重要作用。
三、压电材料压电材料是一种能够产生电荷极化和变形的智能材料。
当外界施加力或压力时，压电材料能够产生电荷偏移和电压输出。
这种特性使得压电材料在传感器、振动减震、电声换能等方面有着广泛的应用。
此外，压电材料还可以用于电子设备的能量收集和电力转换，具有重要的能源利用潜力。
四、热敏材料热敏材料是一种能够对温度变化作出响应的智能材料。
当温度发生变化时，热敏材料能够改变自身的电导率、电容率和形状等性能。
热敏材料广泛应用于温度传感、温度控制和热力调节等领域。
例如，热敏材料可以用于温度传感器，实现自动调节的恒温系统，在医疗器械和电子设备等方面发挥重要作用。
五、湿敏材料湿敏材料是一种能够感知和响应湿度变化的智能材料。
当湿度发生变化时，湿敏材料能够改变自身的形状、体积和色彩等性能。
这种材料可以应用于湿度传感器、湿度调节和湿度控制等方面。
湿敏材料的应用领域包括农业、环境监测和生命科学等。
综上所述，智能材料是一类通过感应和响应外界刺激来改变自身性能的材料。
7、智能材料概论
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（7）自调节能力（Self-adjusting）
对不断变化的外部环境和条件，能及时 地自动调整自身结构和功能，并相应地改变 自己的状态和行为，从而使材料系统始终以 一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响 应。
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3、智能材料的构成
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(1)传感功能（Sensor）
能够感知外界或自身所处的环境条 件，如负载、应力、应变、振动、热、 光、电、磁、化学、核辐射等的强度 及其变化。
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(2)反馈功能（Feedback）
可通过传感网络，对系统输入与输出信 息进行对比，并将其结果提供给控制系统。
(3)信息识别与积累功能
能够识别传感网络得到的各类信息 并将其积累起来。
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所以，智能材料在军事应用中具有很 大潜力，它的研究、开发和利用，对未来 武器装备的发展将产生重大影响。
目前，在各种军事领域中，智能材料 的应用主要涉及到以下几个方面：
第七章 智 能 材 料
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第一节 智能材料基本原理
1、什么是智能材料 2、智能材料的特征 3、智能材料的构成 4、智能材料的分类
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1、什么是智能材料？
智能材料是二十世纪90年代迅速发展 起来的一类新型复合材料。
智能材料目前还没有统一的定义，不 过，现有的智能材料的多种定义仍然是大 同小异。
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大体来说，智能材料就是指具有感知 环境（包括内环境和外环境）刺激，对之 进行分析、处理、判断，并采取一定的措 施进行适度响应的智能特征的材料。
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智能材料又可以称为敏感材料，常用 的有以下几种：
Intelligent material、 Intelligent material and structure、 Smart material、 Smart material and structure、 Adaptive material and structure等。
智能材料的应用与发展
智能材料的应用与发展当今社会科技日新月异，智能材料作为一种材料新兴领域备受瞩目，因其在不同领域中的高应用价值和发展前景广阔而备受人们的关注。
本文将探究智能材料的概念、应用、发展和前景。
一、智能材料的概念智能材料，又称作“智能化材料”或者“功能材料”，是指那些在受到注入外部条件后，能够识别作出响应的特殊材料。
其特征在于强调了材料与信息的融合，即使是普通的材料，只要加以适当的处理后就能表现出智能的性质。
智能材料具有自适应性、自诊断性、自修复性等特点，智能材料能够适应外界环境的变化，及时进行反应。
举例子来说，智能玻璃是一种应用较为广泛的智能材料，其具有透明和不透明两种状态，可以随时自动调节透光度来达到节能的目的。
在建筑、汽车、航空等领域有着广泛应用。
二、智能材料的应用智能材料在生活中的应用十分广泛，可以应用于智能家居、智能交通、医疗、航空航天、工业自动化等各个领域。
1. 智能家居随着物联网的不断发展，智能家居成为智能材料的重要应用领域之一。
智能家居通过感知、识别、控制家庭环境的方式，实现了家庭设备、照明、音乐等设备的自动管理，大大提高了生活质量和智慧生活体验。
目前，智能家居中最广泛应用的智能材料是智能玻璃和智能墙纸。
2. 智能交通智能交通是指交通系统中通过信息化、感知式设备和流程管理等方式，提高交通安全性和效率的交通系统。
智能材料在智能交通中有着广泛的应用。
例如，智能交通中的车载电子系统需要使用机电系统、固态电子芯片等材料，而智能交通指挥中心中的调度系统则需要很多传感器和控制部件。
3. 医疗智能材料应用于医疗领域，可用于医疗器械、医疗设备、体内病灶检测等多个方面。
例如，在光学成像领域，光电材料和光学材料是非常重要的智能材料，与医学成像技术紧密关联；在医用制品中，纳米材料得到了广泛应用，并改善了制品的性能。
4. 航空航天智能材料在航空航天领域的应用，是为了提高飞机飞行、任务完成时间和功能能力。
智能材料的光电传感器和高产能合成材料，极大地促进了干扰、识别等方面的技术应用。
智能材料
1).智能材料构成：基体材料，敏感材料，驱动材料和信息处理器。
2）.智能材料特征：1）.传感功能2）.反馈功能3).信息积累和识别功能4）.学习能力和预见性功能5).响应性功能6)自修复功能7).自诊断功能8).自动动态平衡及自适应功能功能。
3).形状记忆效应：某些具有热弹性马氏体相变的合金，处于马氏体状态下进行一定限度的变形或变形诱发马氏体后，在随后的加热过程中，当超过马氏体相消失的温度时，材料就能完全恢复变形前的形状和体积，这种现象称为形状记忆效应。
4).形状记忆效应分类：①单程记忆效应：将母相在高温下制成某种形状，再将母相冷却，使之发生马氏体相变，在马氏体状态下受力变形，加热时恢复高温相形状，冷却时不恢复低温相形状。
②双程记忆效应:加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形状③全程记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相形状。
5).形状记忆合金的分类：Ti-Ni系、铜系、铁系合金三大类。
6).形状记忆合金的机理：形状记忆合金就是利用一些材料的晶体结构的相互转变来使其具有形状记忆功能的。
7).形状记忆合金的制备：1).通常是先制备合金锭，之后进行热轧、模锻、挤压，然后进行冷加工2).为把形状记忆合金用做元件，有必要使它记住给定形状3).形状记忆处理(一定的热处理)是实现合金形状记忆功能方面不可或缺，至关重要的一环。
8）.压电复合材料：是将压电陶瓷相和聚合物相按一定连通方式，一定的体积/重量，及一定的空间分布制作而成，它可以成倍地提高材料的压电性能,不但可以克服上述两种压电材料的缺点，而且还兼具两者的优点。
9).综合性能比较好的压电复合材料主要有:0-3型、1-3型、3-3型复合材料。
0-3型:是由不连续的陶瓷颗粒（0维）分散于三维连通的聚合物基体中形成的。
1-3型:是指由一维连通的压电相平行地排列于三维连通的聚合物中而构成的两相压电复合材料。
3-3型:聚合物相和压电相在三维方向相互交织相互包络而形成的空间网络结构。
功能材料----智能材料
第三节 无机非金属系智能材料
(四) 生物陶瓷
生物陶瓷中研究的重点是羟基磷灰 石(HAP)材料。它是自然骨和牙中主 要的无机材料组分，具有良好的生物 相容性。由于成型加工性差，目前常 与有机材料制成复合材料，做骨填充 及牙科材料。
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第六章
第三节 无机非金属系智能材料
二.电流变体
1.定义 电流变液是粒径为微米级的可极化粒 子分散于绝缘油中形成的一种悬浮液。在电场 作用下，由于粒子和绝缘油的介电常数不匹配， 粒子便会发生极化，沿电场方向形成粒子链或 柱，使流体的粘度显著提高，甚至发生液固转 变。这种在电场作用下，流变性能的迅速可逆 变化称为电流变效应。
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第六章
(3)形状 记忆合金
第一节 智能材料的定义
理想的驱动器，通常以细丝状态用于智能 结构，它主要适用于低能量要求的低频和 高撞击应用。
在电位差作用下，粘度发生显著变化。它 (4) 可以作为空间结构用驱动器，用于结构减 电流变液 振；填充在复合材料的直升机旋翼叶片内 腔中用来控制旋翼刚度，达到减振目的。
第六章
b.对分散相表面改性或添加适当的表面活性剂。 为避免增大体系的导电性，一般使用非离子表 31 面活性剂。
第六章 3.应用
第三节 无机非金属系智能材料
由于电流变材料的快速电场响应性，可以用于振动 控制、自动控制、扭矩传输、冲击控制等方面。
a.用作汽车制造业中的传动装臵和悬挂装臵。用电流 变材料制备的离合器，通过电压控制离合程度，可实 现无级可调，易于用计算机控制。
(3)高分子系智能材料 由于人工合成高分 子材料的品种多，范围广，所形成的智能材 料因此也极其广泛，其中智能凝胶、药物控 制释放体系、压电聚合物、智能膜等是高分 子智能材料的重要体现。 从智能材料的自感知、自判断和自结论、 自执行的角度出发，分为自感知智能材料 (传感器)、自判断智能材料(信息处理器)以 及自执行智能材料(驱动器)。
智能材料
•
智能材料的常见类型
•
压电材料
压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
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形状记忆合金
形状记忆合金是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的 由两种以上金属元素所构成的材料。 电流变液 一种由介电微粒与绝缘液体混合而成的复杂流体。在没有外电场时，它的 外观很像机器用的润滑油，一般由基础液、固体粒子和添加剂组成。
压电材料
具有压电性的晶体对称性较低，当受 到外力作用发生形变时，晶胞中正负 离子的相对位移使正负电荷中心不再 重合，导致晶体发生宏观极化，而晶 体表面电荷面密度等于极化强度在表 面法向上的投影，所以压电材料受压 力作用形变时两端面会出现异号电荷。 反之，压电材料在电场中发生极化时， 会因电荷中心的位移导致材料变形。 利用压电材料的这些特性可实现机械 振动和交流电的互相转换。
•
自然界的材料都具有自适应、自诊断、自修复的功能。如所有的 动物和植物都能在没有受到毁灭性打击的情况下进行自诊断和修 复。 现有材料功能单一，无法面对复杂环境的冲击，相信在不久的将 来智能材料会为高科技的发展和提高人类文明进步而提供动力。
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智能材料
智能材料的定义
智能材料的常见 类型及发展趋势
智能材料的定义
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智能是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行 的新型功能材料。
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智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的 第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑 未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的 界线逐渐消失，实现结构功应
智能材料是什么呢
智能材料是什么呢科学家们一直致力于把高技术传感器或敏感元件与传统的结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使它们能随着环境的变化而改变自己的性能或形状，就像具有“智能”一样。
那么什么是智能材料呢?智能材料1.形状记忆合金。
它是一种能够记住自己原来形状的特殊金属材料。
用这种合金制成某种形状的器具后，如受到外力的冲击、弯折等作用而变形，只要对它加热就能立刻恢复原状，好像通过加热使它“记忆”起原来的形状一样。
记忆合金有多种用途，如可以制成人造卫星和宇宙飞船自动展开的天线、航空用的记忆铆钉，飞机和航天器的管接头、机器人的手指、人工心脏、汽车保险杠、眼镜架以及能源转换装置等。
2.感温磁钢。
它是一种磁性随温度的高低而变化的磁性材料。
在室温时，感温磁钢具有磁性;当温度升到某一界限时，就失去磁性。
这种性质可用于“热自动控制”，如电饭堡中“饭熟断电限温器”内就装有一块感温磁钢，当饭熟后堡内无水，温度上升到1030C时，感温磁钢就失去磁性，从而导致通电触点分子自动断电，以保证米饭不会因继续升温而烧糊。
3.智能凝胶。
这是一种由分子组成的松散而又有一定凝固力的混合物，只要碰一下，它就会膨胀或收缩，随人所愿地变成各种形状或形态。
高智能的凝胶甚至能膨胀到自身体积的1000倍以上，然后恢复原状。
用这种凝胶制作高尔夫球鞋，通过足部体温的变化导致鞋底改变形状，可以使穿鞋的人感到舒适合脚。
4.自我修复的混凝土。
美国的一位建筑学家正在研制一种自行愈合的混凝土。
他设想把大量的空心纤维埋人混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维也会裂开，并释放出粘结修补剂把裂纹牢牢地焊在一起，防止混凝土断裂。
分类(1)嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。
在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。
传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。
(2)有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。
智能材料有哪些
智能材料有哪些智能材料是一种具有响应外部刺激和改变自身特性的材料，它可以根据环境变化或外部信号实现自主感知、自主调控和自我适应的功能。
智能材料的研究和应用领域涉及材料科学、化学工程、生物医学工程、机械工程等多个学科领域。
本文将介绍智能材料的种类、特性及应用领域。
智能材料主要分为以下几类：形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料、光致变色材料、化学敏感材料等。
形状记忆材料是一种可以在外部作用下恢复原始形状的材料，常见的形状记忆合金有铜锌铝合金和镍钛合金。
压电材料是一种可以在外加电场下产生机械变形的材料，常用于传感器、致动器等领域。
磁致伸缩材料是一种可以在外加磁场下产生机械变形的材料，常用于声音换能器、振动控制等领域。
光致变色材料是一种可以在光照下改变颜色的材料，常用于光学器件、显示器件等领域。
化学敏感材料是一种可以在化学环境变化下产生物理变化的材料，常用于化学传感器、智能包装等领域。
智能材料具有许多优良的特性，如高灵敏度、快速响应、自主调控、多功能集成等。
这些特性使得智能材料在许多领域具有广泛的应用前景。
在生物医学工程领域，智能材料可以用于制备人工肌肉、智能药物释放系统、仿生传感器等医疗器械，为医学诊断和治疗提供新的解决方案。
在机械工程领域，智能材料可以用于制备智能结构材料、智能传感器、智能控制系统等，提高机械设备的性能和智能化程度。
在材料科学领域，智能材料可以用于制备智能纳米材料、智能复合材料、智能表面涂层等，为材料设计和制备提供新的思路和方法。
总之，智能材料是一种具有巨大应用潜力的新型材料，它将在未来的科技发展中发挥重要作用，推动人类社会的进步和发展。
随着科学技术的不断进步，智能材料的研究和应用将会迎来更加广阔的发展空间，为人类社会带来更多的创新和变革。
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智能材料智能材料是一种具有响应和适应能力的先进材料，其特点是能够感知环境并作出相应的改变。
智能材料的开发和应用已经引起了广泛的关注，并在各个领域展示了巨大的潜力。
智能材料的发展源远流长，早在20世纪60年代，科学家们就开始研究智能材料的概念和原理。
最早的智能材料是基于金属合金的记忆合金，这种材料可以记住原始形状，并在受到外界刺激时恢复到原来的形状。
这种记忆合金被广泛应用于航空航天、机械和医疗领域。
随着科技的不断进步，智能材料的种类和功能也在不断扩展。
目前，智能材料主要包括：形状记忆合金、发光材料、导热材料、感应材料、机械材料等。
这些材料可以通过电、磁、光、热等外界刺激来实现形态和性质的改变。
智能材料具有许多优点，例如快速响应、高度可控性、长寿命、低维护成本等。
通过合理选择和设计智能材料，可以实现许多独特的应用。
例如，智能材料可以用于开发智能家居系统，通过感知环境的温度、湿度、光线等参数，自动控制家电设备的运行。
此外，智能材料还可以应用于制造业，用于开发自适应的机械装置和自动化生产线，提高生产效率和产品质量。
智能材料的应用还可以拓展到医疗领域。
例如，智能材料可以用于制造可穿戴设备，实时监测患者的生理指标，并及时发出警报。
此外，智能材料还可以用于医疗器械的开发，改善手术效果，缩短康复周期。
随着智能材料技术的不断进步，人们对其潜力的认识也在不断提升。
智能材料的应用前景十分广阔，可以为人类的生活和产业带来巨大的改变。
然而，智能材料的开发和应用仍然面临一些挑战。
例如，材料的制备成本较高，工程实施和应用的可行性有待验证，安全性和可持续性问题也需要解决。
因此，需要进一步加强智能材料的研究和应用，解决相关技术和实践中的难题。
同时，政府、学术机构和企业也需要加强合作，共同推动智能材料的发展。
通过共同努力，可以实现智能材料的更广泛应用，为人类创造更加智能化的未来。
智能材料是什么呢
智能材料是什么呢随着人类科技的不断发展，材料科学也得以迅速发展，其中包括智能材料，是当今科技领域的热门技术之一。
那么，什么是智能材料呢？本文将从智能材料的基本理念、分类、应用等方面进行探讨。
基本理念智能材料是指那些能够根据环境、条件、信号等响应而产生物理、化学等变化，从而使材料具有功能智能化的材料。
可以说智能材料是一种激活型材料，能够根据周围环境的变化对外界作出反应，实现其自身的群体变化。
通俗来讲就是，智能材料具有自感应、自检测、自修复、自适应等特性，能够智能地调整和改变自己的形态、颜色、电性能等。
智能材料的基本理念可以用一个经典的例子来说明：将一块智能材料放入热水中，随着水温的升高，材料自身的红色颜色会发生变化，而在达到某一特定温度时，材料会自动分解释放出某种特定材料或者止痛药，从而达到敏感、自适应、自干预等目的。
分类根据智能材料的功能以及变化规律，智能材料可以分为以下几类：热敏性材料热敏性材料是一种特殊的智能材料，是一种能响应温度变化的智能材料，通常是基于聚合物的复合材料。
这类材料的特点是在响应温度范围内，材料的形态、性能、结构等都会发生变化，并最终达到某种特定的目的。
热敏性材料的应用范围非常广泛，包括温度控制、生物医学等领域。
光敏性材料光敏性材料是一种能够响应光的智能材料，可以根据光的强度、频率等因素进行变化和调控。
光敏性材料的应用领域主要包括光电触发、激光信号转换等方面。
电敏性材料电敏性材料是一种能响应电性信号的智能材料，通常是基于电致变、电流电压、电场等能量形式变化的材料。
电敏性材料的应用主要包括感应、传感、模拟、控制、调制等领域。
磁敏性材料磁敏性材料是一种响应磁场、电场等信号的材料，可以通过磁场控制材料的形态、结构和性质。
磁敏性材料的主要应用领域是电子材料、电子测量等领域。
应用智能材料的应用范围愈发广泛，涉及到许多领域，例如：智能纤维智能纤维是利用智能材料进行纤维加工制作的一种材料，可以应用在医疗、军事和工业领域。
智能材料有哪些及应用
智能材料有哪些及应用智能材料是一类具有自响应、自感知和自调节能力的材料。
它们能够根据外界环境的变化，改变自身的性质和形态，实现某种特定的功能。
智能材料的应用非常广泛，涵盖了多个领域。
一、形状记忆材料（Shape Memory Materials）：形状记忆材料是一种能够在外部刺激作用下改变自身形状，并且能够恢复到初始形状的材料。
该类材料主要包括两种类型：一种是单向形状记忆材料，它只能在一个特定的温度范围内发生形状改变；另一种是双向（多向）形状记忆材料，它可以在不同的温度范围内发生形状改变。
形状记忆材料的应用包括潜艇舵翼、医疗器械、飞机机翼表面和建筑结构等。
二、智能涂料（Smart Coatings）：智能涂料指的是具有自我修复、防污、防腐蚀和环保等功能的涂料。
智能涂料能够根据外界环境的变化，改变其表面特性以达到一种特定的功能。
智能涂料的应用广泛，例如自我修复涂料可以应用在汽车漆面修复、船体表面防腐等领域。
三、压电材料（Piezoelectric Materials）：压电材料是一种具有压电效应的材料，即当外力作用于该材料时，会在其内部产生电荷，从而产生电势差。
压电材料广泛应用于声、光、电、热转换和传感器等领域。
例如应用在医学领域的超声波传感器、压电陶瓷维修剂等。
四、磁致伸缩材料（Magnetostrictive Materials）：磁致伸缩材料是在外磁场作用下，能够发生形变的材料。
通过改变外磁场的强度和方向，可以控制材料的形变。
磁致伸缩材料的应用领域包括电磁换能器、声学器件、传感器、振动控制和精密仪器等。
五、光敏材料（Photosensitive Materials）：光敏材料是指能够对光信号进行感应和响应的材料。
光敏材料的特点是在光照射下，其电、磁、光、热等性质会发生变化。
光敏材料广泛应用于成像、激光技术、显示器件、光敏电导等领域。
六、电致变色材料（Electrochromic Materials）：电致变色材料是一种可以通过外加电压改变其颜色的材料。
智能材料有哪些
智能材料有哪些智能材料是指通过改变外部环境来改变物质的性能和功能的一类新型材料。
智能材料具有自感知、自适应和自响应的能力，能够根据环境的变化主动调整自身状态，具有广阔的应用前景。
下面将介绍几种常见的智能材料。
1. 形状记忆合金：形状记忆合金是一种特殊的合金材料，具有记忆自身形状的能力。
在受到外力变形后，可以通过升温而恢复原始形状，这种材料在飞机、汽车、医疗器械等领域有广泛的应用。
2. 光敏材料：光敏材料是指对光线具有敏感性的材料。
根据光照的强弱、光的波长等特征，可以改变其电导率、电阻率、折射率等性质。
光敏材料在光电子器件、光通信、传感器等领域有重要应用。
3. 压电材料：压电材料是具有压电效应的材料，即在受到机械应力作用时可以产生电荷和电势的变化。
压电材料能够将机械能转化为电能，具有广泛的应用，如声波发射器、压电陶瓷换能器等。
4. 磁致伸缩材料：磁致伸缩材料是指在磁场作用下会发生线性尺寸变化的材料。
该材料具有较大的磁致伸缩效应，可以用于精密仪器、航空航天等领域中。
5. 阻变材料：阻变材料是一种具有电阻值随温度、电流和电压的改变而变化的特性的材料。
阻变材料经过特定处理后，可以实现电热控制、变阻器件等应用，如电热防雾、抗静电涂层等。
6. 智能涂料：智能涂料是一种能够根据外部环境的变化而改变颜色、光学特性的涂料。
智能涂料广泛应用于建筑物外墙、汽车车身等领域，具有保温、防污、变色等功能。
总结起来，智能材料包括形状记忆合金、光敏材料、压电材料、磁致伸缩材料、阻变材料和智能涂料等。
随着科技的不断发展，智能材料的研究与应用将会越来越广泛，为人类的生活和工作带来更多的便利和创新。
智能材料
制等与材料的有机结合，正因如
此，智能材料也常被称为智能材 料系统.
智能材料系统
一. 形状记忆合金智能材料系统 例子: 利用形状记忆合金对结构件的振动进行主动控振的智能材料系统 • 主动控振: 指当振动发生时, 在系统中主动引入附加的刚度和 阻尼, 从而使振动迅速消失.
2
•
有一板状悬臂梁结构, 在板内布入形状记忆合金丝(其Mf点高于室温)，在布入 记忆合金丝时要预先对记忆合金进行拉伸，使其发生一定的变形. 记忆合金 丝在板内不能自由运动. 记忆合金丝的两端引出并接在电源上, 其结构如图424所示.
++++++ M+Leabharlann 玻璃 透明导电膜 离子注入膜
快离子导体隔 膜 电致变色膜 (α-WO3 或NiO薄膜) 透明导电膜 玻璃
e-
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7
•
变色的原理：
– 在外加电压的作用下，由透明导电层提供的电子和自离子注入膜、经离 子导体层、以快离子方式传输的正离子共同注入电致变色层，使其发生 氧化还原的电化学反应而着色. 当施加反向电压时，则产生与上述相反的 电化学过程，即离子和电子从着色的电致变色层内抽出而使其退色． – 以NiO为例， • 着色的电化学反应： Ni1-xO(初始态) + yM+ + y e- → MyNi1-x O(退色态) • 退色的电化学反应: MyNi1-x O(退色态) → My-2Ni1-xO(着色态) + 2M++ 2e-
智能材料与自修复材料
智能材料与自修复材料智能材料（smart materials）是指具备对环境和外部刺激做出自动响应和适应的特性的材料，而自修复材料（self-healing materials）则是指具备自动修复损伤的能力。
这两种材料都拥有独特的特性和应用潜力，正引领着材料科学与工程领域的发展。
本文将探讨智能材料与自修复材料的概念、分类、原理及应用等方面内容。
一、智能材料的概念与分类智能材料是指具备感知、响应、控制功能的材料，能够根据外部刺激做出适应性的响应。
根据其响应形式的不同，智能材料可分为电致变形材料、形状记忆材料、压电材料、磁流变材料等多种类型。
1. 电致变形材料电致变形材料是通过在材料中施加电场从而实现形状、尺寸的变化。
常见的电致变形材料包括聚合物基电致变形材料、陶瓷基电致变形材料和金属基电致变形材料等。
2. 形状记忆材料形状记忆材料是指在受到外界刺激后，能够恢复到其预设形状的材料。
常见的形状记忆材料有Ni-Ti合金、聚合物形状记忆材料等。
3. 压电材料压电材料是一类能够在电场刺激下发生形变或者生成电荷的材料。
常见的压电材料有PZT（钛酸锆铅）、PVDF（聚偏氟乙烯）等。
磁流变材料是指通过外加磁场来调控材料的流变特性的材料。
磁流变液体和磁流变弹性体是常见的磁流变材料。
二、智能材料的原理与应用智能材料的设计与应用离不开对其工作原理的深入研究。
1. 原理智能材料的工作原理受到其物理、化学和结构特性的影响。
一般来说，智能材料的响应可通过改变分子、结构、形态、能级等来实现。
2. 应用智能材料具备广泛的应用前景。
在航空航天、电子信息、医疗器械、智能家居等领域都有重要的应用。
比如，压电材料可用于传感器、无线充电器和振动控制装置等；形状记忆合金在医学领域有着重要的应用，可以制作支架、植入物等。
三、自修复材料的概念与分类自修复材料是指在损伤发生后能够自动修复的材料，包括生物材料中的自愈材料和工程材料中的自修复材料。
1. 自愈材料自愈材料是指模拟生物体内部自愈机制的材料。
2024版材料讲义第八章智能材料ppt课件
研究智能材料在不同环境下的性能表现，包括温度、湿度、光照、 辐射等环境因素的影响。
安全性评估
对智能材料的安全性进行评估，包括生物相容性、电磁辐射安全 性、化学稳定性等方面的考虑。
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智能材料发展趋势与挑 战
跨学科交叉融合推动发展
材料科学与物理学、化学、生物 学等学科的交叉融合，为智能材 料的发展提供了新的理论基础和
特点
智能材料具有传感、反馈、信息识 别与积累、响应、自诊断、自修复 及自适应等多种功能。
智能材料发展历程
01
02
03
初级阶段
20世纪70年代，智能材料 的概念被提出，并开始进 行相关研究。
发展阶段
80年代至90年代，智能材 料的研究逐渐深入，多种 智能材料被研制出来。
成熟阶段
21世纪以来，智能材料的 应用领域不断扩大，技术 也日益成熟。
智能建筑材料
具有自修复、自适应、节能等功能的智能建筑材料，提高建筑物的 安全性和舒适性。
智能交通材料
应用于智能交通系统的智能材料，如智能交通信号灯、智能车辆识 别系统等，提高交通运行效率和安全性。
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材料讲义第八章智能材料 ppt课件
目录
• 智能材料概述 • 智能材料分类及功能 • 智能材料制备技术 • 智能材料性能表征与评价方法 • 智能材料发展趋势与挑战 • 案例分析：典型智能材料应用实例
01
智能材料概述
智能材料定义与特点
定义
智能材料是一种能感知外部刺激， 按照预设方式选择和控制自身响应， 并具有自诊断、自适应、自修复等 功能的新型材料。
技术手段。
纳米技术、生物技术、信息技术 等高新技术在智能材料领域的广 泛应用，推动了智能材料的性能
智能材料的名词解释
智能材料的名词解释智能材料是指那些具有感知、反应和响应环境变化的特性的材料。
这些材料能够根据外界的条件改变自身的属性和功能，从而实现一系列智能化的应用。
智能材料广泛应用于科学、工程和技术领域，其独特的特性为人们带来了许多令人惊叹的新技术和创新。
智能材料可分为多种类别，其中最常见的是形状记忆合金（SMA）。
形状记忆合金是一种可以在充电或加热后改变形状的材料。
这是由于该材料在不同温度下的结构状态会发生变化，使其能够持续改变形态。
形状记忆合金的应用非常广泛，如在医疗领域中，可以用于制作支架和植入装置，使其能够自主调节形态以适应人体的需求。
除了形状记忆合金外，还有一种智能材料被称为压电材料。
压电材料具有一种特殊的性质，即在施加外力或电场时可以产生电荷。
这种效应使得压电材料可以被用于传感器、执行器和声波谐振器等领域。
例如，压电陶瓷在声波领域得到了广泛应用，用于制造音频设备和超声波传感器等。
另一种智能材料是电致变色材料。
这种材料具有能够改变颜色的能力，当受到电压或压力刺激时，其颜色会发生变化。
电致变色材料广泛应用于显示技术领域，如智能窗户和电子墨水显示屏等。
这些应用利用了电致变色材料能够快速响应变化，并自动调节颜色以适应不同环境的特性。
此外，磁致变形材料也是一种常见的智能材料。
磁致变形材料具有特殊的磁性能，当受到磁场激励时，其形状和尺寸会发生变化。
这种效应使得磁致变形材料可以被应用于执行器、传感器和机械驱动器等领域。
例如，在航空航天领域，磁致变形材料可以用于制造自适应结构，使飞机的外形能够根据飞行条件进行调整，提高飞行效率和稳定性。
除了上述几种常见的智能材料外，还有一些其他种类的智能材料，如光敏材料、温敏材料和湿敏材料等。
每种材料都具有独特的特性和应用领域，它们共同构成了智能材料的多样性和广泛应用的基础。
总结起来，智能材料是具有感知、反应和响应环境变化的特性的材料。
不同种类的智能材料能够通过不同的刺激产生相应的反应，从而实现各种智能化的应用。
智能材料有哪些
智能材料有哪些
智能材料是指能够感知外界环境并做出相应响应的材料，它们具有自我适应、自我修复、自我诊断等特性。
智能材料的发展在各个领域都有着广泛的应用，包括航空航天、医疗保健、建筑工程、电子设备等。
那么，智能材料有哪些呢？
首先，智能材料中的一种常见类型是压电材料。
压电材料是指在受到外力作用时能够产生电荷的材料，或者在施加电场时能够发生形变的材料。
这种材料的特性使得它在声波传感器、振动控制、微调器件等领域有着重要的应用。
其次，形状记忆合金也是一种常见的智能材料。
形状记忆合金具有记忆形状的特性，即在经历形变后能够恢复到原始形状。
这种材料在医疗器械、航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用，例如可以用于制造血管支架、飞机起落架等。
另外，磁致伸缩材料也是一种重要的智能材料。
这种材料在外加磁场的作用下能够发生形变，具有良好的磁-机械能转换性能。
磁致伸缩材料在声音控制、精密仪器、电磁传感器等方面有着广泛的应用。
此外，光致变色材料也是一种备受关注的智能材料。
光致变色材料在受到光照后能够改变颜色，具有光学响应特性。
这种材料在光学显示、光学存储、光学传感等领域有着重要的应用，例如可以用于制造可变光学滤波器、光学开关等。
最后，还有许多其他类型的智能材料，如光致变形材料、化学敏感材料、热敏感材料等，它们都具有各自独特的特性和应用领域。
总的来说，智能材料的种类繁多，应用广泛。
随着科学技术的不断发展，相信智能材料将在更多领域发挥重要作用，为人类社会带来更多的便利和创新。
智能材料课件
光电子器件
智能材料可用于制造光电子器 件，提高其转换效率和稳定性
。
电子传感器
智能材料可用于制造电子传感 器，提高其灵敏度和响应速度
。
生物医疗领域
01
02
03
生物医用材料
智能材料可用于制造生物 医用材料，如药物载体、 生物相容性材料等。
生物芯片
智能材料可用于制造生物 芯片，提高其检测精度和 稳定性。
热学性能与测试
Байду номын сангаас
总结词
智能材料的热学性能是指其在温度作用下 的响应行为，可以通过热导率、热膨胀系 数等热学参数进行表征。
详细描述
智能材料的热学性能与测试也是材料科学 和物理学领域的重要研究内容。材料的热 导率和热膨胀系数等热学参数，可以反映 材料在温度方面的性质和行为。通过测量 这些参数，可以了解材料在温度作用下的 响应行为，从而评估其热学性能的优劣。
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材料分类
根据智能材料的功能特性，可以将其分为自适应材料、智能 复合材料、功能梯度材料、智能界面材料等。
智能材料的特性与功能
特性
智能材料具有感知、响应、自适应等特性，能够感知外部刺激并做出相应的 响应，同时具有自修复、自适应等功能。
功能
智能材料的应用范围广泛，可以应用于航空航天、医疗健康、能源环保等领 域，如形状记忆合金、压电陶瓷、光致变色材料等。
多学科交叉与融合
01
物理学与化学
运用物理学理论和化学技术，研究智能材料的组成、结构和性能，探
索其内在规律和作用机理。
02
工程学与生物学
借鉴生物学原理，将生物系统的自适应、自修复等功能引入智能材料
设计中，推动工程领域与生物学理论的交叉融合。
智能材料及其特性
智能材料及其特性智能材料是一种具有非常实用价值的材料，它的特性可以带来许多重要的应用。
智能材料通常被定义为有能力对外部环境作出反应的材料，从而改变它们的物理和化学特性。
本文将探讨智能材料及其特性，包括它们的种类、特点、应用以及未来发展方向。
1. 智能材料的种类智能材料的种类非常多，但大多可以归为以下几类：形状记忆材料，它们可以在外力作用下改变形状并恢复原状。
智能涂层，涂在材料表面，可以改变颜色或者光学特性。
磁致伸缩材料，它们具有磁致伸缩的能力，通常应用于精密仪器。
光敏材料，它们受到光的作用可以改变电学或化学性质。
电致变色材料，它们可以电子调制的方式改变颜色。
传感材料，当外部有物理、化学或生物参数发生变化时，它们可以作出相应的反应。
2. 智能材料的特点智能材料有以下几种特点：2.1 可编程性智能材料的特点之一是可编程性。
这意味着它们可以被程序控制，从而实现特定的功能。
例如，通过调整细微的材料成分，可以实现各种不同的输入输出响应。
智能材料可以与传感器和运动控制器等设备一起使用，实现更加灵活的控制和执行。
2.2 智能性智能材料的特点之二是智能性。
这种材料可以感知其周围的环境，并根据环境的变化做出反应。
例如，当形状记忆材料受到压力时，它们可以改变形状以适应压力。
传感器可以检测温度、湿度、气压等参数，然后将这些信息传输到控制器中以实现相应的反应。
2.3 多功能性智能材料的特点之三是多功能性。
这种材料可以实现多种不同的功能，并在不同的应用中使用。
例如，一种形状记忆合金可以同时用作精密仪器部件和支架，这样可以减少成本并简化设计。
2.4 适应性智能材料的特点之四是适应性。
这种材料可以适应各种不同的环境和应用。
例如，磁致伸缩材料可以应用于空气动力学、电子机械和精密仪器等领域。
3. 智能材料的应用智能材料的应用非常广泛。
以下是一些典型应用：3.1 生物医学应用智能材料在生物医学领域中的应用非常广泛。
传感器可以用于监测心脏功能、血压和呼吸等重要生理参数。
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智能材料 (2) 敏感材料 敏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）。 常用敏感材料：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、磁流变体和液 晶材料等。
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智能材料
(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。 常用有效驱动材料：形状记忆材料、压电材料、 电流变体和磁致伸缩材料等。
变形 加热 加热
冷却
变形 冷却 加热
冷却
变形 冷却
(a)
(b)
(c)
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双程CuZnAl记忆合金花
采用CuZnAl记 忆合金片，以热水或 热风为热源，开放温 度为65℃~85℃，闭 合温度为室温。花蕾 直径80mm,展开直径 200mm。动作幅度为 1800。另外，可据用 户要求订做。
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工业常用形状记忆合金作开关，用于火 警探测系统等。 由于生物相容性好，Ti-Ni合金是目前医 学领域使用的唯一的形状记忆合金。 形状记忆合金更多的潜在应用是埋置在 材料里组成智能复合材料。
采用光纤传感器和聚偏氟乙烯传感器的智能 结构可对机翼、机架以及可重复使用航天运 载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿 命预测； 空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构， 可实时探测由于交会对接碰撞、陨石撞击或 其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实 施自诊断。
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智能材料
（3）环境自适应结构 智能结构制成的自适应机翼，能够实时感知外 界环境的变化，并可以驱动机翼弯曲、扭转， 从而改变翼型和攻角，以获得最佳气动特性， 降低机翼阻力系数，延长机翼的疲劳寿命。 在机翼结构中使用磁致伸缩致动器，可使机翼 阻力降低85%。
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智能材料
智能材料的应用
在军事领域中的应用 智能材料与住宅智能化 与现代医学相联系的智能材料
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智能材料 （1）智能蒙皮
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，可用于预警、 隐身和通信。
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智能材料 （2）结构监测和寿命预测
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智能材料
（2）食物器皿
在毫微塑料的桌面上旋转的碗不仅能测知食物的存在， 而且可以根据用户的需要自行形成各种形状的碟子，供准 备、烹调和上菜时使用。并且这种盛食物的碗还具有保温 和在不使用冰箱的情况下保鲜的功能。
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智能材料
（3）座椅
用毫微塑料制作的坐椅不仅功能将大大增加，而且也将增 加舒适程度。
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汽车
用这种“记忆金属”造出汽车，万一被撞瘪，只要 浇上一桶热水就可恢复到原来的形状。
记忆食道支架
“记忆金属”食道架能在喉部膨胀成新的食道。必要时 只要向食道里加上冰块，“食道”又会遇冷收缩，从而可 轻易取出，使失去进食功能的食道癌患者提高了生活质量。
记忆钉子
菲力浦公司研制了一种由“记忆金属”制成的钉子,把它安 在汽车外胎上，当气温降低、公路结冰时，钉子会“自动”从 外胎里伸出来，防止车轮打滑。 56
(4) 其它功能材料
包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体砷化合物半导体 控制电路埋入复合材料中。
光导纤维 半导体控制电路 形状记忆合金
传感元件 (检测结构中的 应变和温度)
控制系统 (根据传感元件的信 息驱动元件动作)
执行元件 (使结构动作 改变性状)
材料发展的总趋势
海参是一种防御能力很差的棘皮动物，在海底它会经常遇 到敌人。它行动起来很迟缓，身体又绵软无力，可这不必担心 ，海参可以用”分身法”逃命。 如果被敌人盯上了，而又无路 可逃，海参就把身体紧缩起来，然后用尽力气把内脏从肛门挤
出来，敌人会立即盯住它的内脏。这样海参还照样活着而且不
久又生出内脏来，它的再生能力真是太强啦！ 有一种管状海参 ，当它被敌人捕捉住时，身体会分裂成两段，一段留下，另一 段被吃。留下的一段又会把失去的一段长出来。
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智能材料 智能窗的应用：
图3 法拉利首款自动硬顶敞篷车
玻璃车顶采用了利用电场变化来改变颜色的电致变色 技术，可对透过率进行5级调整。
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智能材料
汽车防眩目后视镜是 当前玻璃制造业前沿 产品-电致变色玻璃 在汽车上的应用。
汽车防眩目后视镜
汽车夜间行驶时根据后面行驶车辆前大灯射出的光线照射到 后视镜上产生的眩目光程度，自动控制后视镜的透光度，以 减少后视镜镜面的反射光强度，使驾驶员既能舒服的通过后 视镜了解后面行驶车辆及行人的情况，又能安全驾驶汽车。
控制器
材料自身 能够探测 到外部环 境状态的 变化
传 感 器
执 行 器
能够自动 地执行改 变材料状 态的指令
智能机构
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智能材料
智能材料的构成 智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息 处理器四部分构成。 (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。 首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀。 其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。
的原料（如钢铁、水泥）称为材料。
材料和原料合成为原材料。
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智能材料
《辞海》定义可以总结为：经过人类劳动而取得的劳 动对象称为原料，经过二次加工的原料称为材料。 阐明了原料和材料之间的联系和区别，但却没 有指出材料在使用中本质的变化。
使用这定义在实际中带来不便： ①化工品烧碱(NaOH)？ 按定义应是材料，但类似不胜枚举的化工产品都是原料。 ②来自采掘工业的沙石、木材等等？ 按定义似乎应是原料，习惯上将其归入建筑材料。 思考？食盐在加工中失去了其原质。烧碱在应用于其它化工加工过程时，
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智能材料
（1）多功能砖
具有变通性和智能性。 主要由四个分层构成： 第一层是功能层，能感受来自周围的声能、热能、光能， 并能控制这些能量的输出； 第二层是通讯层，能为居住者提供内外通信联系的通道； 第三层是输送通道，可以用来输送水和其它材料； 第四层面膜是砖材的最上层，也具有多功能性。如壁膜可 以使墙壁产生不同的色彩和图案；传感膜可以接收声波、 热能和可见光并予以减弱或增强；地膜可产生耐久的色彩 和图案；界面膜可连接内外通信线路。
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科学家把这种现象叫做形状记忆效应，具有记忆功能的合金称为形状记忆合金。
形状记忆合金
形状记忆效应(Shape Memory Effect):一
旦取消外力或改变温度,使发生塑性变形后的
合金又能恢复原来的形状。
形状记忆效应有三种形式:单向形状记忆
效应、双向形状记忆效应和全方位形状记忆
效应。
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高温时形状 冷却
记忆毛毯
人们盖上用记忆合金丝混合羊毛织成的毛毯后， 如毛毯温度过热，它就会自动掀开一部分，适当降低 温度，使人睡得更安稳。
能够随照射光强的变化而改变颜色。
原因：
含有在光照下能发生可逆变化的亚稳态色心：
在光波的照射下，色心的光吸收特性发生改变，从 而使光色玻璃表现出随光照而改变颜色的特性。 同相型光色玻璃 异相型光色玻璃
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智能材料
同相型光色玻璃——亚稳态色心与玻璃基质具有相同的相。 如：光学玻璃的组分中加入氧化铈（选择吸收） 色心：能变价的铈离子
浓度而扩张收缩的聚合物，这种聚合物可制成人 造胰细胞，将它注入糖尿病患者的血液中，小球 就可模拟胰细胞工作，使病人的血糖浓度始终保 持在平常的水平上。
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阅读材料
有记忆的金属
60年代初的一天，美国海军军械实验室的研究人员领来 了一批镍钛合金丝，也许是制造过程中处理不当，合金丝被 弄弯了，他们只能一根一根地将合金丝校直。有人顺手把校 直的合金丝堆放在炉子的旁边。这时意外的事情发生了，一 些校直的的合金丝在炉温的烘烤下，不一会儿就恢复到原来 弯曲的形状。于是不得不重新校直合金丝。起初，他们没有 在意，还是把校直的合金丝堆放在炉旁，结果合金丝又弯曲 了，这种现象重复出现了多次，直到人们把校直的合金丝换 了一地方堆放，不再受到炉温的烘烤以后，合金丝才继续保 持挺直的形状。 军械实验室的研究人员紧紧地抓住了上述的意外的事情， 开展反复的实验研究，终于发现含50%镍和50%钛的合金在温 度升高40℃以上时，能“记住”自己原来的形状。
也要失去原质。所以，食盐和烧碱一 般都看作是化工原料。原料在加工
中一般均失去了原质。
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智能材料
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智能材料
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智能材料
材料的发展和应用历史：
图1 材料科学的发展演化过程
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智能材料
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上世纪
9
智能材料
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智能材料
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智能材料
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智能材料
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智能材料
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第一章 智能材料概述
智能材料
银离子化合成卤化银
光化学反应
光照(紫外到蓝紫波段)
室温热激活 去除光照 析出游离态银离子 对光散射强(着色状态) 33
智能材料 光色玻璃的应用：
图2 变色太阳镜 汽车、飞机、船舶的前向玻璃或观察窗玻璃，起 防眩作用等。
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智能材料 2、电致变色薄膜 电致变色现象(Electrochromism)——材料在电场作 用下所引起的颜色变化，这种变化是可逆的、连续 可调的(透过率、吸收率、反射率三者比例关系可 调）。 机理： 一些氧化物薄膜在电场的作用下能够发生电子的交 换，导致颜色的改变。 应用：智能窗(调节玻璃透光特性)
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智能材料
智能材料必须具备感知、控制和驱动三 个基本要素。 智能材料一般由两种或两种以上的材料复 合构成一个智能材料系统。
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智能材料的基本结构
智能材料不是一种单一的材料，而是一个由多种材料组元 通过有机紧密复合或严格地科学组装而构成的材料系统，是一 种智能机构。 能够对探测到的外部环境的变化作出判断， 并给出相应的改变材料状态的指令