智能材料与结构94页PPT
(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。
智能材料与结构
• 该材料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。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。它是一个类似于人体的神经、肌 肉、大脑和骨骼组成的系统，而基体材 料就相当于人体的骨骼。
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• 而智能材料是能够感知环境变化，通过 自我判断和结论，实现和执行指令的新 型材料。智能材料的研究就是将信息与 控制融入材料本身的物性和功能之中， 其研究成果波及了信息、电子、生命科 学、宇宙、海洋科学技术等领域。它的 研究开发孕育着新一代的技术革命。智 能化将成为21世纪高分子材料的重要发 展方向之一。
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• （1 ）提高驱动元件本身的性能，满足上 述六条要求； • （2） 改善驱动元件的激励方法； • （3） 研究多种激励元件组合使用的方法， 达到取长补短的目的； • （4） 研究新型的复合驱动元件； • （5 ）研究驱动元件在材料中的布置方案。
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• 传感器、致动器和控制器是智能结构的 重要部分。传感器要求有高度感受结构 力学状态的能力，在振动系统中即能把 位移、速度或加速度等信号转换成电信 号输出，它直接反应实时的振动状态， 所以它必须有足够的可靠性、敏感性和 较高的反应速度，以便能迅速、准确地 得到振动信息；另外，还要求其具有体 积小，易于集成的特点。
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• 无机非金属系智能材料的初步智能性是 考虑局部可吸收外力以防止材料整体变 坏。目前此类智能材料在电流变流体、 压电陶瓷光质变色和电质变色材料等方 面发展较快。 • 高分子系智能材料的范围很广泛。作为 智能材料的刺激响应性高分子凝胶的研 究和开发非常活跃，其次还有智能高分 子膜材、智能高分子粘合剂、智能型药 物释放体系和智能高分子基复合材料等。 • 根据结构来分，智能材料结构可以分成 10 两种类型，分述如下：
《智能材料与结构》课件
智能结构
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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。
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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。
智能材料与结构
智能材料与结构引言智能材料与结构是一种结合了材料科学和工程学的新兴领域，它致力于开发能够感知环境并做出相应响应的材料和结构。
这种材料和结构可以根据外部刺激进行形变、颜色变化、温度变化等，从而实现智能化的功能。
在本文中，我们将探讨智能材料与结构的基本概念、应用领域以及未来发展趋势。
智能材料的基本概念智能材料是指具有感知、响应和控制功能的材料，它可以根据外部环境的变化做出相应的反应。
智能材料可以分为多种类型，包括形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料、光敏材料等。
这些材料在受到外部刺激时，可以产生形变、颜色变化、声音发出等不同的响应，从而实现智能化的功能。
智能结构的基本概念智能结构是指利用智能材料构建的具有感知、响应和控制功能的结构。
智能结构可以根据外部环境的变化做出相应的调整，从而实现自适应和自修复的功能。
智能结构广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域，为这些领域的发展带来了新的机遇和挑战。
智能材料与结构的应用领域智能材料与结构在诸多领域都有着广泛的应用，其中包括但不限于以下几个方面：1. 航空航天领域：智能材料与结构可以用于飞机的机翼、机身等部件，实现轻量化和自适应功能，提高飞行性能和安全性。
2. 汽车领域：智能材料与结构可以用于汽车的车身、发动机等部件，实现节能减排和安全性能的提升。
3. 建筑领域：智能材料与结构可以用于建筑的墙体、屋顶等部件，实现节能环保和自适应功能，提高建筑的舒适性和可持续性。
4. 医疗领域：智能材料与结构可以用于医疗器械、假肢等产品，实现功能性和舒适性的提升，改善患者的生活质量。
未来发展趋势随着科学技术的不断进步，智能材料与结构领域也在不断发展和创新。
未来，智能材料与结构有望在以下几个方面取得进展：1. 多功能性：未来的智能材料与结构将具有更多的功能，可以实现多种响应和控制，从而满足不同领域的需求。
2. 高性能：未来的智能材料与结构将具有更高的性能，可以实现更大的形变、更快的响应速度等，从而提高产品的竞争力。
(2024年)智能材料PPT课件
自组装技术利用分子间的相互作用力，使分子自发地组装成具有特 定结构和功能的智能材料。
仿生制备技术
仿生制备技术借鉴自然界中的生物结构和功能，通过模仿生物的结构 和功能来制备智能材料。
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CATALOGUE
智能材料在传感器中的应用
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应变传感器
应变材料的特性
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定义与发展历程
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定义
智能材料是一种能够感知、响应 并适应环境变化的功能材料，具 有自感知、自驱动、自适应等特 性。
发展历程
智能材料起源于20世纪80年代， 经历了从单一功能到多功能、从 简单响应到复杂自适应的发展历 程。
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分类及应用领域
分类
根据功能特性，智能材料可分为传感 型、驱动型、自适应型等类型。
应用领域
微纳机器人、生物医学、光电子学等。
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CATALOGUE
智能材料在能源领域的应用
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太阳能电池板材料
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晶体硅材料
具有高转换效率和稳定性，是当前主流太阳能电池板材料 。
薄膜太阳能材料
轻便、柔性好，可应用于可穿戴设备和移动能源领域。
多结太阳能电池材料
利用不同光谱吸收特性，提高太阳能利用率。
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CATALOGUE
智能材料的特性与功能
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感知功能
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传感器功能
智能材料能够感知外部环 境的变化，如温度、压力 、湿度等，并将这些变化 转化为可测量的电信号。
智能高分子材料讲解PPT课件
加热
将其冷却到可逆相结晶硬化的温度以下，材料保待A 形状。 ——SMP没有双程记忆效应
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热致形状记忆反应过程简图
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8.5.3光致SMP
• 一定方式引入光致变色基团，光照时候，基团发生异构反应传递给侧链，引发宏 观变形，光照取消后，可逆反应
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8.5.3光致SMP
形状记忆聚合物(SMP)
具有初始形状的聚合物制品经形变固定后， 通过加热等外部刺激手段的处理又可恢复初始形 状的聚合物。
优点：形变量大、形变加工方便、形状恢复温度易 于调整、电绝缘性和保温效果好、不生锈、 易着色、可印刷、质轻、耐用、价格低廉。
缺点：强度低、形变恢复驱动力小、刚性和硬度低、 稳定性差、性能易受外部环境的物理、化学 因素的影响，易燃烧、耐热性差、易老化、 使用寿命短。
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8.5.3光致SMP
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热致SMP与SMA的形状记忆效果比较：
(1)SMA的形变量低，一般在l0％以下，而SMP较高， 形状记忆聚氨酯和TPI均高于400％。
(2)SMP的形状恢复温度可通过化学方法调整；如形 状记忆聚氨酯的恢复温度范围为30－70℃，具体 品种的SMA的形状恢复温度一般是固定的。
热致形状记忆高分子种类
聚烯烃类： 耐高温 耐腐蚀场合 聚酯类：耐热 耐化学药品-医用 聚氨酯类：建筑 医学
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8.5.2 热致SMP 在室温以上一定温度变形并能在室温固定形变且
长期存放，当再升温至某一特定响应温度时，能很快 回复初始形状的聚合物。
两相结构：固定相＋可逆相
固定相：聚合物交联结构或部分结晶结构，在工作温 度范围内保持稳定，用以保持成型制品形状 即记忆起始态。
智能材料与结构
智能材料与结构智能材料与结构是一种具有自感知、自诊断、自修复、自适应等智能功能的新型材料和结构体系。
它们能够根据外界环境的变化做出相应的反应和调整，具有广阔的应用前景和发展潜力。
智能材料与结构的研究和应用已经成为当今材料科学和工程领域的热点之一。
智能材料与结构的研究范围涉及材料科学、结构工程、控制工程、信息技术等多个学科领域。
其中，智能材料的研究主要包括形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料、光致变色材料等；智能结构的研究主要包括智能传感器、智能执行器、智能控制系统等。
这些材料和结构的研究旨在实现材料和结构的自主感知、自主诊断、自主修复和自主适应，从而提高材料和结构的性能和可靠性。
智能材料与结构的应用领域非常广泛，涵盖了航空航天、汽车工程、建筑工程、医疗器械、智能机器人等诸多领域。
例如，智能材料可以应用于飞机机翼的变形控制，以提高飞行性能和燃油效率；智能结构可以应用于建筑物的结构健康监测与维护，以确保建筑物的安全性和稳定性。
另外，在医疗器械领域，智能材料与结构也可以用于仿生器械的设计与制造，以实现更好的生物相容性和功能性。
随着科学技术的不断进步和发展，智能材料与结构将会迎来更广阔的发展空间和应用前景。
未来，智能材料与结构有望在能源领域、环境保护领域、信息通信领域等方面发挥重要作用，为人类社会的可持续发展和进步做出积极贡献。
总的来说，智能材料与结构是一种具有自主感知、自主诊断、自主修复和自主适应功能的新型材料和结构体系，具有广泛的应用前景和发展潜力。
它们的研究和应用将会为航空航天、汽车工程、建筑工程、医疗器械、智能机器人等领域带来新的突破和进展，为人类社会的可持续发展和进步做出积极贡献。
希望通过本文的介绍，能够增进大家对智能材料与结构的了解，促进相关领域的研究和应用。
第六章-智能材料
智能材料-结构和概念
感知材料：能够感知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)，制成 各种传感器。 驱动材料：可根据温度、电场或磁场的变化改变自身的 形状、尺寸、位置、刚性、阻尼、内耗或结构等，对环 境具有自适应功能，制成各种执行器； 机敏材料：兼具敏感(传感)材料与驱动材料之特征，即同 时具有感知与驱动功能的材料。 智能材料：机敏材料和控制系统相结合的产物，集传 感、控制和驱动三种职能于一身，是传感材料、驱动材 料和控制材料(系统)的有机合成。
第六章
智能材料
内 容
1 2 3 4 5缩材料 电流变体
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智能材料-结构和概念
智能材料是1989年由日本高木俊宜教授在日本科学 技术厅航空、电子等技术评审会上提出的。它是将信息 科学融合于材料物性的一种材料新构思。 智能材料：目前还没有统一的定义，但是现有智能材料 的多种定义大同小异。大体来说，智能是指具有感知环 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。智能材料必需具备感知、信息处理和执行功能。 智能材料来源于功能材料，功能材料是智能材料的 基础。
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智能材料-记忆合金
形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称SME)：在高温 下处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态下经 塑性变形为另一种形状，然后加热到高温相成为稳定状 态的温度时，通过马氏体逆相变恢复到低温塑性变形前 的形状的现象。 形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简 称SMA)：具有SME 的金属，通常是由 两种以上的金属元 素构成的合金。
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66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
智能材料与结构
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯