智能复合材料.
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(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。
智能复合材料的制备工艺方法 目前 ,在国内外 ,智能复合材料的合成方法有以下几种。 1 粒子复合 将具有不同功能的材料颗粒按特定的方式进行组装 , 可构制出具有多种功能特性的智能复合材料。如在特定的 褊衬底上 ,通过电子束扫描产生电子气化花样 ,在电子静电 引力的作用下 ,带电的颗粒就会排列成设计的花样，如在 ＣａＴｉＯ3 的衬底上 ,用电子束扫描法可将ＳｉＯ2 粉末 粒子组成各种花样。这一技术可使微粒组装成多功能式的 智能复合材料。将一种机敏材料的颗粒复合在异质基体中 也获得优化的智能复合材料。例如压电陶瓷和压电高分子 以不同连接度复合 ,可获得性能优异的压电智能复合材料 ; 将压电陶瓷颗粒弥散分布在压电聚合物中可制得大面积的 各种形状的压电薄膜。
分类：
复合材料智能结构分为 被动控制式和主动控制式 两类。
被动控制式智能结构低级而简单（亦称为机敏结构）， 只传输传感器感受到的信息，如应变、位移、温度、压力 和加速度等，结构与电子设备相互独立。 主动控制式是一种智能化结构，具有先进而复杂的功 能，能主动检测结构的静力、动力等特性，比较检测结果， 进行筛选并确定适当的响应，控制不希望出现的动态特性。
(3 )驱动器部分
构成驱动器部分的驱动材料如形状记忆合金、磁致伸缩材料、ＰＨ致伸缩 材料、电致伸缩材料等。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。可以根据温度、电（磁）场等的变化而改变其形状、尺寸、 位置、刚性、自然频率、阻尼以及其它一些力学特征，因而可具有对环境的自 适应功能。
息
输出
驱动器部分（具有机械运动、 流体运动、电能、磁能、 化学能，改变强度的功能 元件）
生产线
控制
智能复合材料的设计方法
(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）响应功能 能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相 应的反应，并采取必要行动。 （5）自诊断能力（Self-diagnosis） 能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如 系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。 （6）自修复能力（Self-recovery） 能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补 某些局部损伤或破坏。 （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。
智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自 然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模 仿蜻蜓制造飞机等等），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。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这 三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以 满足智能材料的要求，所以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。这就使得 智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及 到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科 学的最活跃方面和最先进的发展方向。
智能复合材料的构成：
(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(敏感材料) 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。
智能材料的特征 因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料 的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和 生命特征： （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。 （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。
智能复合材料
复材0903 26~30号
定义： 智能复合材料(Intelligent CM, Smart Materials)与结 构是在复合材料基础上发展起来的一项高新技术，它是 一种由传感器、信息处理器和功能驱动器等部分构成的 新型复合材料。不同于结构材料和功能材料，它能通过 自身的感知，获取外界信息，作出判断和处理，发出指 令，具有执行和完成功能百度文库所以单一材料不可能实现， 往往要由多种材料组元复合构成。智能复合材料是信息 科学融入材料科学的产物。
智能复合材料的设计原理
智能复合材料的功能实现是依靠信息的传递、转换和 控制。因此信息的采集、流向对智能复合材料的功能有着 极为重要的影响。智能材料的作用机制可用下图说明。
环境变化 传感器部分（具有检测声波、 信息处理器 （声音、光、热、 光波、力、温度、化学浓度、 部分 信 力、辐射、化学等） 辐射强度的敏感元件） 输入
(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。
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：
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，可用于预警、隐 身和通信。 目前美国在智能蒙皮方面的研究包括：美国弹道导 弹防御局为导弹预警卫星和天基防御系统空间平台研制 含有多种传感器的智能蒙皮；美空军莱特实验室进行的 结构化天线（即把天线与蒙皮结构融合在一起）研究； 美海军则重点研究舰艇用智能蒙皮，以提高舰艇的隐身 性能。
智能复合材料的制备工艺方法 目前 ,在国内外 ,智能复合材料的合成方法有以下几种。 1 粒子复合 将具有不同功能的材料颗粒按特定的方式进行组装 , 可构制出具有多种功能特性的智能复合材料。如在特定的 褊衬底上 ,通过电子束扫描产生电子气化花样 ,在电子静电 引力的作用下 ,带电的颗粒就会排列成设计的花样，如在 ＣａＴｉＯ3 的衬底上 ,用电子束扫描法可将ＳｉＯ2 粉末 粒子组成各种花样。这一技术可使微粒组装成多功能式的 智能复合材料。将一种机敏材料的颗粒复合在异质基体中 也获得优化的智能复合材料。例如压电陶瓷和压电高分子 以不同连接度复合 ,可获得性能优异的压电智能复合材料 ; 将压电陶瓷颗粒弥散分布在压电聚合物中可制得大面积的 各种形状的压电薄膜。
分类：
复合材料智能结构分为 被动控制式和主动控制式 两类。
被动控制式智能结构低级而简单（亦称为机敏结构）， 只传输传感器感受到的信息，如应变、位移、温度、压力 和加速度等，结构与电子设备相互独立。 主动控制式是一种智能化结构，具有先进而复杂的功 能，能主动检测结构的静力、动力等特性，比较检测结果， 进行筛选并确定适当的响应，控制不希望出现的动态特性。
(3 )驱动器部分
构成驱动器部分的驱动材料如形状记忆合金、磁致伸缩材料、ＰＨ致伸缩 材料、电致伸缩材料等。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。可以根据温度、电（磁）场等的变化而改变其形状、尺寸、 位置、刚性、自然频率、阻尼以及其它一些力学特征，因而可具有对环境的自 适应功能。
息
输出
驱动器部分（具有机械运动、 流体运动、电能、磁能、 化学能，改变强度的功能 元件）
生产线
控制
智能复合材料的设计方法
(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）响应功能 能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相 应的反应，并采取必要行动。 （5）自诊断能力（Self-diagnosis） 能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如 系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。 （6）自修复能力（Self-recovery） 能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补 某些局部损伤或破坏。 （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。
智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自 然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模 仿蜻蜓制造飞机等等），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。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这 三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以 满足智能材料的要求，所以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。这就使得 智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及 到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科 学的最活跃方面和最先进的发展方向。
智能复合材料的构成：
(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(敏感材料) 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。
智能材料的特征 因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料 的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和 生命特征： （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。 （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。
智能复合材料
复材0903 26~30号
定义： 智能复合材料(Intelligent CM, Smart Materials)与结 构是在复合材料基础上发展起来的一项高新技术，它是 一种由传感器、信息处理器和功能驱动器等部分构成的 新型复合材料。不同于结构材料和功能材料，它能通过 自身的感知，获取外界信息，作出判断和处理，发出指 令，具有执行和完成功能百度文库所以单一材料不可能实现， 往往要由多种材料组元复合构成。智能复合材料是信息 科学融入材料科学的产物。
智能复合材料的设计原理
智能复合材料的功能实现是依靠信息的传递、转换和 控制。因此信息的采集、流向对智能复合材料的功能有着 极为重要的影响。智能材料的作用机制可用下图说明。
环境变化 传感器部分（具有检测声波、 信息处理器 （声音、光、热、 光波、力、温度、化学浓度、 部分 信 力、辐射、化学等） 辐射强度的敏感元件） 输入
(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。
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：
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，可用于预警、隐 身和通信。 目前美国在智能蒙皮方面的研究包括：美国弹道导 弹防御局为导弹预警卫星和天基防御系统空间平台研制 含有多种传感器的智能蒙皮；美空军莱特实验室进行的 结构化天线（即把天线与蒙皮结构融合在一起）研究； 美海军则重点研究舰艇用智能蒙皮，以提高舰艇的隐身 性能。