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。
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。
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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
•
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》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。
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
2024/3/26
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。
4
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
2024/3/26
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太阳能电池板材料
2024/3/26
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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02
CATALOGUE
智能材料的特性与功能
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感知功能
01
02
03
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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智能材料又可以称为敏感材料，常用 的表达方式有以下几种：
Intelligent material、 Intelligent material and structure、 Smart material、 Smart material and structure、 Adaptive material and structure等。
第十一章 智 能 材 料
1
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
2
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。
3
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。
41
右图中，A与C、B与D互为孪
晶，当其变形时, 假设应力方向 与A的应变方向相近，这时 D、 C 就会以孪生方式向A转变，并 以界面的移动合并 B。同样，六 个 群 体 也 可 互 相 转 化 ， 最 后 24
个变体可变成一个方位的单晶马 氏体，这就是马氏体再取向过 程，当大部或全部马氏体都采取 一个取向时，便显示出明显的变
thermal hysteresis
发生逆转变。
A、B类马氏体相变的热滞后
35
B类转变热滞后非常小，在Ms以下升降温时马氏体数
量减少或增加是通过马氏体片缩小或长大来完成的，
母相与马氏体相界面可逆向光滑移动，这种转变是可
逆的，逆转变 Fraction martensite
完成后，不留 下任何痕迹， 得到方位上和
25
（2）双程记忆效应
某些合金加热时恢复高温相形 状，冷却时又能恢复低温相形状， 称为双程记忆效应。
26
（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低温相形 状，称为全程记忆效应。
27
三种记忆效应如下图所示。
目前，已开发成功的形状记忆合金有TiNi 基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形 状记忆合金等。
马氏体相变是无扩散型转变。根据其转变特点可将
马氏体相变分为非热弹性马氏体相变（A类）和热弹 性马氏体相变（B类）两类。
非热弹性马氏体
热弹性马氏体
NON-THERMOELASTIC MARTENSITE
THERMOELASTIC MARTENSITE
34
冷却时高温母相转变为马氏体的开始温度Ms与加热时
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：
10
(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。
11
(2)反馈功能（Feedback）
20
第二节 智能材料主要种类
1、形状记忆合金； 2 、电流变体和磁流变体； 3 、磁致伸缩材料； 4 、压电陶瓷； 5 、电致伸缩陶瓷； 6 、智能材料系统； 7 、光致变色玻璃； 8 、电致变色材料；
21
1、形状记忆合金
一般金属材料受到外力作用后， 首先发生弹性变形，达到屈服点，就 产生塑性变形，应力消除后留下永久 变形。
28
最早关于形状记忆效应的报道是由 Chang及Read等人在1952年作出的。他们 观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。
后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现 象，但当时并未引起人们的广泛注意。
29
直到1962年，Buehler及其合作者在等 原子比的TiNi合金中，观察到具有宏观形 状变化的记忆效应，才引起了材料科学界 与工业界的重视。
一项用途。形状记忆效应应用最简单的例子是外部无 法接触部位的铆接。形状记忆合金可大量用于制作管 接头，连接方法是预先将管接头内径做成比待接管外 径小4%，在Ms以下马氏体非常软，可将接头扩张插 入管子，在高于As的使用温度下，接头内径将复原。
(011)
[100]
马氏体片群
37
SMA中的孪晶马氏体
Twinned Microstructure
TaRu 孪生组 织内的 透镜状 孪晶
TaRu 孪生组 织内的 反向畴 界
具有粗细孪晶
NbRu的典型组织
38
自适应马氏体
Self-Accommodating Martensite
Cu-Zn形状记忆合金 中的自适应马氏体
母相和马氏体均属有序点阵结构，这是左右马氏体相
变可逆性的重要因素。形状记忆合金母相的晶体结构
比较简单，主要是B2和DO3。如果不考虑原子差别，
两者都是体心立方。
马氏体的晶体结构复
杂一些，大多为长周
期堆垛。同一母相转
变得到的马氏体可以
有几种结构。
马氏体
奥氏体
33
1、热弹性马氏体相变
(Thermoelastic Martensitic Transformation)
形状记忆效应与其组织变化
有关，这种组织变化就是马
氏体相变。形状记忆合金应
具备以下三个条件：
z ①马氏体相变是热弹性类型的；Cu-Zn形状记忆合金中的马氏体
z ②马氏体相变通过孪生(切变)完成，而不是通过滑移
产生；
z ③母相和马氏体相均属有序结构。
32
相结构(Phase Structure)
18
目前研究开发的金属系智能材料主要有 形状记忆合金和形状记忆复合材料两大类；
无机非金属系智能材料在电流变体、压 电陶瓷、光致变色和电致变色材料等方面发 展较快；
19
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。
一片马氏体变体时，便可抵消单片
[100]
马氏体所产生的切应变，由四种变
体组成的片群的总应变几乎为零，
这就是马氏体相变的自适应现象。
40
马氏体的自适应形成
由母相中形成马氏体时，产生一定的应变。显 然，不同取向的马氏体变体的应变在母相中的 方向是不同的。当某一变体在母相中形成时， 产生某一方向的应变场，随变体的长大，应变 能不断增加，变体的长大越来越困难。为降低 应变能，在已形成的变体周围会形成新的变 体，新变体的应变方向与已形成的变体的应变 场互相抵消或部分抵消。有均匀体积变化，无 明显形状改变。
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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(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。
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(5) 自诊断能力（Self-diagnosis）
42
形。
马氏体变体
Martensite variants
43
马氏体的再取向
对组织为自适应马氏体的样品施加外力时，在 较小的应力作用下，马氏体变体以其应变方向 与外加应力相适应而再取向。即变体的应变方 向与外加应力方向最接近的变体通过吞并其它 应变方向与外加应力不相适应的变体而长大， 直至整个样品内的各个不同取向的变体最终转 变成一个变体。这时，由母相转变为马氏体所 产生的相变应变不再互相抵消，而是沿外加应 力方向累积起来，样品显示出宏观形状的变化。 卸去应力后，变形保持下来。
由上述讨论可知，具有形状记忆效应的合 金应具备如下条件： ①马氏体相变是热弹性的； ②马氏体点阵的不变切变为孪变，亚结构 为孪晶或位错； ⑦母相和马氏体均为有序点阵结构； ④必须指出的是：近来开发的铁系等少量合金 通过非热弹性马氏体相变也可显示形状记忆效 应，因此热弹性马氏体并不是具有形状记忆效 应的必要条件。 ☞近年来，在陶瓷材料、高分子材料也发现了 记忆效应。
(A) (B)
thermal hysteresis
以前完全相同
的母相。
A、B类马氏体相变的热滞后
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2、马氏体相变机制 马氏体相变是通过切变完成的，
其亚结构为孪晶。形状记忆效应 要求相变时体积变化小，这样才 能降低应变能。形状记忆合金相 变时围绕母相的一个特定位向常 常形成四种自适应的马氏体变体 (Variant），并以母相的惯习面 呈对称排列，这四种变体合称为 一个马氏体群，如右图所示。
马氏体转变为母相的起始温度As之间的温度差称为热
滞后。A类转变的热滞后大，在Ms以下马氏体瞬间形
核瞬间长大，随温度下降，马氏体数量增加是靠新核
心形成和长大
Fraction martensite
实现的。加热 时，马氏体在 达 到 As 之 前 已 经 分 解 ( 如 Fe-C 合金)，因而不
(A) (B)
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。
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（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。
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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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但有些材料，在发生了塑性变形 后，经过合适的热过程，能够回复到 变形前的形状，这种现象叫做形状记 忆效应（SME）。
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具有形状记忆效应的材料，一般是两 种以上金属元素组成的合金，称为形状记 忆合金（SMA）。