智能材料
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。
智能材料.
4，磁致伸缩的应用实例： （1）磁致伸缩液位仪 ：
随着科学技术的迅猛发展， 高新技术在各行业中得到了广泛 的应用，高科技含量的磁致伸缩 液位传感器，
应用于各类储罐的液位测量。该种液位仪具有精 度高、环境适应性强、安装方便等特点。因此，广 泛应用于石油、化工等液位测量领域，并逐渐取代 了其它传统的传感器，成为液位测量中的精品。
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。
（2）结构监测和寿命预测 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。
（3）减振降噪 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。
2、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：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：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。
（4）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。
2、与现代医学相联系的智能材料
（1）人造肌肉
因为生物弹性材料能模拟活 体生物，而且其力量和反应速度 均接近于人体的肌肉。所以这种 材料可以应用于人体组织的修复， 而且它们还具有与生物体的相容 性，随着伤口的愈合，这种聚合 物就会在体内逐渐降解，最后将 会消失。
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
•
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。
•
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。
•
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。
•
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
包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。
智能材料 如：将光导纤维、形状记忆合金和镓砷化合物半导体 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)
智能材料
识别
分析
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。
(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。 (4)其它功能材料
（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。
使用毫微塑料能改变椅座面的柔韧性和弹性，也可以形成 各种型式的椅座面。 毫微塑料可以形成所需的任何图案或结构，还能改变座椅 本身的结构。
由于不同年龄段的人对温度舒适性的要求有很大区别，座 椅还可以随心所欲地升温和降温，甚至对人们喜爱的舒适 温度具有记忆功能。
玻璃组分中 加入卤化银 高温熔融冷却
对光散射很小(高透明状态)
析出亚微米尺 度的卤化银 无光照
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)
智能材料 光色玻璃的应用：
图18 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。
智能材料 智能窗的应用：
图20 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。
5-智能材料
❖ 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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❖ 美国海军和英国皇家海军计划用于取代E-2“鹰眼” 预警机的WV-22预警机
——它将采用先进的嵌入机身和机翼的相控阵雷达， 即所谓的“智能蒙皮”。
到的各种参数传感到结构体系的普通计算机内 ❖ 另一种是在智能材料中埋入超小型电脑芯片
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（4）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
——对环境具有自驱动材料又是敏感材料， 起到身兼二职的作用
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（2）人造皮肤
❖ 人造皮肤智能材料，可感知温度、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，如粗糙度、 摩擦力等
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（3）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
（4）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。
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——F-14雄猫飞机将刚性的机翼通过巨大、沉重的 曲轴安装在机身上，可调机翼。
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❖ 自动加固的直升飞机水平旋转叶片：
❖ 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（磁） 流变体和液晶材料等
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光纤传感器
➢ 将一光源发出的光学性质保持不变的光通过某种 固定的耦合方法入射到光纤
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。
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
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-
--------
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-
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。
05
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。
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智能材料智能材料（Intelligent material），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。
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，实现结构功能化、功能多样化。
科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。
一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。
定义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。
大体来说，智能材料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。
具体来说，智能材料需具备以下内涵：(1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度，如电，光，热，应力，应变，化学，核辐射等；(2)具有驱动功能，能够响应外界变化；(3)能够按照设定的方式选择和控制响应；(4)反应比较灵敏,及时和恰当；(5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。
智能材料又可以称为敏感材料，其英文翻译也有若干种，常用的有Intelligent material，Intelligent material and structure，Smart material，Smart material and structure，Adaptive material and structure等.。
分类作为一种新型材料，一般认为，智能材料由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成。
这种材料可以自我发现故障，自我修复，并根据实际情况作出优化反应，发挥控制功能。
智能材料可分为两大类：（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。
这只是一种比较笼统的分类方法，由于智能材料还在不断的研究和开发之中，因此相继又出现了许多具有智能结构的新型的智能材料。
如，英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为10分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。
实际成果在建筑方面，科学家正集中力量研制使桥梁、高大的建筑设施以及地下管道等能自诊其“健康”状况，并能自行“医治疾病”的材料。
英国科学家已开发出了两种“自愈合”纤维。
这两种纤维能分别感知混凝土中的裂纹和钢筋的腐蚀，并能自动粘合混凝土的裂纹或阻止钢筋的腐蚀。
粘合裂纹的纤维是用玻璃丝和聚丙烯制成的多孔状中空纤维，将其掺入混凝土中后，在混凝土过度挠曲时，它会被撕裂，从而释放出一些化学物质，来充填和粘合混凝土中的裂缝。
防腐蚀纤维则被包在钢筋周围。
当钢筋周围的酸度达到一定值时，纤维的涂层就会溶解，从纤维中释放出能阻止混凝土中的钢筋被腐蚀的物质。
在飞机制造方面，科学家正在研制具有如下功能的智能材料：当飞机在飞行中遇到涡流或猛烈的逆风时，机翼中的智能材料能迅速变形，并带动机翼改变形状，从而消除涡流或逆风的影响，使飞机仍能平稳地飞行。
可进行损伤评估和寿命预测的飞机自诊断监测系统。
该系统可自行判断突然的结构损伤和累积损伤，根据飞行经历和损伤数据预计飞机结构的寿命，从而在保证安全的情况下，大大减少停飞检修次数和常规维护费用，使商业飞机能获得可观的经济效益。
此外，还有人设想用智能材料制成涂料，涂在机身和机翼上，当机身或机翼内出现应力时，涂料会改变颜色，以此警告。
在医疗方面，智能材料和结构可用来制造无需马达控制并有触觉响应的假肢。
这些假肢可模仿人体肌肉的平滑运动，利用其可控的形状回复作用力，灵巧地抓起易碎物体，如盛满水的纸杯等。
药物自动投放系统也是智能材料一显身手的领地。
日本推出了一种能根据血液中的葡萄糖浓度而扩张和收缩的聚合物。
葡萄糖浓度低时，聚合物条带会缩成小球，葡萄糖浓度高时，小球会伸展成带。
借助于这一特性，这种聚合物可制成人造胰细胞。
将用这种聚合物包封的胰岛素小球，注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模拟胰细胞工作。
血液中的血糖浓度高时，小球释放出胰岛素，血糖浓度低时，胰岛素被密封。
这样，病人血糖浓度就会始终保持在正常的水平上。
军事方面，在航空航天器蒙皮中植入能探测激光、核辐射等多种传感器的智能蒙皮，可用于对敌方威胁进行监视和预警。
美国正在为未来的弹道导弹监视和预警卫星研究在复合材料蒙皮中植入核爆光纤传感器、X射线光纤探测器等多种智能蒙皮。
这种智能蒙皮将安装在天基防御系统平台表面，对敌方威胁进行实时监视和预警，提高武器平台抵御破坏的能力。
智能材料还能降低军用系统噪声。
美国军方发明出一种可涂在潜艇上的智能材料，它可使潜艇噪声降低60分贝，并使潜艇探测目标的时间缩短100倍。
除上述几个方面外，智能材料的再一个重要进展标志就是形状记忆合金，或称记忆合金。
这种合金在一定温度下成形后，能记住自己的形状。
当温度降到一定值（相变温度）以下时，它的形状会发生变化；当温度再升高到相变温度以上时，它又会自动恢复原来的形状。
目前记忆合金的基础研究和应用研究已比较成熟。
一些国家用记忆合金制成了卫星用自展天线。
在稍高的温度下焊接成一定形状后，在室温下将其折叠，装在卫星上发射。
卫星上天后，由于受到强的日光照射，温度会升高，天线自动展开。
除此之外，还有人用记忆合金制成了窗户自动开闭器。
当温度升至一定程度后窗户自动打开，温度下降时自动关闭。
用记忆合金作支撑架的乳罩也很有特色，乳罩在水中可以任意揉搓清洗，但当它被戴到身上时会自动保持自己的形状，并能根据穿着者体形的变化在一定范围内变化。
研究方向智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。
它的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。
构成智能材料的基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变液、磁致伸缩材料和智能高分子材料等。
智能材料的出现将使人类文明进入一个新的高度，但目前距离实用阶段还有一定的距离。
今后的研究重点包括以下六个方面：（1）智能材料概念设计的仿生学理论研究（2）材料智然内禀特性及智商评价体系的研究（3）耗散结构理论应用于智能材料的研究（4）机敏材料的复合-集成原理及设计理论（5）智能结构集成的非线性理论（6）仿人智能控制理论出现时间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。
6材料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。
（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。
构成一般来说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。
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。
（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、磁流变体和液晶材料等。
（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敏感材料，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。
（4）其它功能材料包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。
举例说明为增加感性认识，现举一个简单的应用了智能材料的例子：某些太阳镜的镜片当中含有智能材料，这种智能材料能感知周围的光，并能够对光的强弱进行判断，当光强时，它就变暗，当光弱时，它就会变的透明。