智能材料PPT课件

（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。
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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。
行
器
器
智能机构
能够自动 地执行改 变材料状 态的指令
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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。
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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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6பைடு நூலகம்
智能材料 材料的发展和应用历史：
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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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智能材料
上世纪
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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)
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智能材料
识别
分析
判断
行动
智能结构的动作流程图
自适应地改变结构形状、刚度、 位置、应力状态、固有频率等
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驱动元件
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智能变色材料
由于光、电、热等外界条件的作用，使材料内部 结构发生变化从而改变材料对光波吸收的特性， 使材料呈现出不同的颜色。
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智能材料
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第一章 智能材料概述
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智能材料 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。
智能材料
Intelligent Materials
主讲：刘秀奇
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智能材料
智
能 材
智能家居
料
功
能
展
示
记忆合金趣味实验 智能太阳眼镜
智能玻璃
智能垃圾桶
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智能材料 什么是材料？
《辞海》：人们把自然界经过开采而获得的
劳动对象称为原料。自然界自然存在而未经
过人类任何劳动输入的就不能称为原料。
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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。
光色玻璃 电致变色薄膜
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智能材料
1、光色玻璃(变色玻璃) 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 光色玻璃的应用：
例如：开采出来的矿物是冶金的原料，
种植出来的小麦是制造面粉的原料。
在加工工业中，一般把来自采掘工业和
农业的劳动对象称为原料，把经过工业加工
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。
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智能材料
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智能材料 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；
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
包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。
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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)
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。
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，
应用：智能窗(调节玻璃透光特性)
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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
材料自身 能够探测 到外部环 境状态的 变化
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控制器
传
执
感