智能材料

智能材料

定义：智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化，并能实时地改变自身的一种或多种性能参数，作出所希望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。

智能材料的分类

一．按材料种类

1.1金属系智能材料

1.2无机非金属系智能材料

1.3高分子系智能材料

1.3.1记忆功能高分子材料

1.3.1.1应力记忆高分子材料

1.3.1.2形状记忆高分子材料

1.3.1.

2.1反式聚异戊二烯（trans-polyisoprene,TPI）

特点：形变量大、加工成型容易、形状回复温度可调整、耐溶剂性好、耐

酸碱、高度的绝缘性、极好的耐寒性、耐臭氧性

主要原料：巴拉塔胶、杜仲胶和古塔波胶，以及人工合成的反式聚异戊二

烯。

应用：○1土木建筑，如固定铆钉、空隙密封、异径管连接等；○2机械制造，如自动启闭阀门、热收缩管、防音辊、防震器、连接装置、衬里材料、

缓冲器等；○3电子通讯，如电子集束管、电磁屏蔽材料、光记录媒体、

电缆防水接头等；○4印刷包装，如热收缩薄膜、夹层覆盖、商标等；

○5医疗卫生，如人工假肢套、绷带、夹板、矫形材料、扩张血管、四

肢模型材料等；○6日常用品，如便携式餐具、头套、人造花、领带、

衬衣领、包装材料等；○7文体娱乐，如文具、教具、玩具、体育保护

器材；○8科学试验，如大变形的应变片；○9其它，如商品识伪、火灾

报警、口香糖基料、服装定型剂、丝绸印染剂、用于机械零件模拟实

验等。

1.3.1.

2.2聚降冰片烯（polynorbornene）

特点：○1分子内没有极性官能团和一般橡胶具有的交联结构，属于热

塑性树脂，可通过压延、挤出、注射、真空成型等工艺加工成

型，但由于分子量太高，加工较为困难；○2Tg接近人体温度，

室温下为硬质，适于制造人工织物，但此温度不能任意调整；○3

充油处理后变成JIS硬度为15的低硬度橡胶，具有较好的耐湿

气性和滑动性；○4未经硫化的式样强度高，具有减震性能。

构成：由环戊二烯与乙烯在狄尔斯-阿尔德（Diels-Alder）催化条件下

反应合成降冰片烯，在通过开环聚合而得到含双键和五元环交

替结合的无定形高分子化合物的。

1.3.1.

2.3苯乙烯—丁二烯共聚物(styrene-butadiene copolymer)

特点：耐酸碱性好、着色性优良等。

构成：由熔点为60摄氏度的聚丁二烯与软化点为100摄氏度的

聚苯乙烯嵌段共聚而得到的。

应用：便于涂布和流延加工。

1.3.1.

2.4聚氨酯(polyurethanes)

特点：○1加工性好，能采用通用热塑性聚氨酯的加工方法成型，

容易制得各种复杂形状的制品，并可批量成型；○2形变回

复量大；○3能在-30摄氏度到70摄氏度之间自由选择形状

回复温度；○4树脂材料透明、可任意着色；○5相对密度1.1

到1.2，较SMA为低；○6成本低，仅为SMA的十分之一左

右。

构成：由芳香族的二异氰酸酯与具有一定分子量的端羟基聚醚

或聚酯反应生成氨基甲酸酯的预聚体，再用多元醇如丁二

醇等扩链后可生成具有嵌段结构的聚氨酯。

应用：制成特别防水的产品，理想的防水透气产品，冷冻库中

蔬菜分隔间的可调节薄膜，登山服和帐篷，生产运动服装，

开发静脉套管，体育器械手柄，空调器，输液针头，生活

用具如勺、叉、水杯和牙刷等，这种生活用具特别适合于

手力较弱的老人、儿童及残疾人等。

1.3.1.

2.5聚酯(polyester)

特点：具有较好的耐热性和耐化学药品性能，但耐热水性能不

是很好。

构成：脂肪族或芳香族的多元羧酸（如偏苯三甲酸）或其酯（如

间苯二甲酸二丙烯醇酯）与多元醇（如乙二醇、丁二醇、

三羟甲基丙烯、季戊四醇等）或羟基封端的聚醚（如聚乙

二醇）反应形成。

应用：作为管件的接头，商品的热收缩包装材料。

1.3.1.

2.6交联聚乙烯(XLPE)

特点：拉伸变形可回复。

应用：电线电缆、化工管道的接续与保护，在仪器仪表家用等

领域。

构成：

1.3.1.

2.7凝胶体系

特点：高弹性和高含水率，优良的耐热性等。

应用：医用材料如人工血管、人工脏器等，催化剂载体等，具

有特定用途的传感系统如药物可控缓释系统，机器人人

工肌肉，光子阀，分子分离系统，电磁感应阀等。

构成：

1.3.1.3体积记忆高分子材料

1.3.1.4色泽记忆高分子材料

1.3.2智能高分子凝胶

按响应环境因素的多少

1.3.

2.1单一响应智能凝胶

1.3.

2.1.1温敏性凝胶

特点：对环境的温度变化产生响应，使凝胶结构发生改变，发生体积相变。

1.3.

2.1.1.1热胀温敏凝胶

特点：当温度低于低温临界溶解温度（LCST）呈收缩状态，当温度

高于LCST时处于膨胀状态。

1.3.

2.1.1.2热缩温敏凝胶

特点：当温度高于低温临界溶解温度（LCST）呈收缩状态。

a非离子型热缩温敏凝胶

b离子型热缩温敏水凝胶

c非交联型温敏水凝胶

1.3.

2.1.2 pH敏感性凝胶

特点：溶胀或去溶胀是随pH值的变化而变化的。凝胶疏水性则其溶胀转变向低pH值移动。

构成：由甲基丙烯酸烷酯与二甲基氨乙基丙烯酸酯交联形成。

1.3.

2.1.3电场敏感性凝胶

1.3.

2.1.4光敏感性凝胶

1.3.

2.1.5压敏凝胶

1.3.

2.1.6磁场敏感性凝胶

1.3.

2.2双重（或多重）响应智能凝胶

1.3.

2.2.1温度、pH值敏感凝胶

1.3.

2.2.2热、光敏感凝胶

1.3.

2.2.3磁性、热敏凝胶

1.3.

2.2.4 pH值、离子刺激响应凝胶

1.3.3智能药物释放体系

1.3.3.1 pH响应体系

1.3.3.2温度响应体系

1.3.3.3生物活性分子响应体系

a葡萄糖响应

b抗原响应

c凝血酶响应

1.3.3.4场响应体系

1.3.4聚合物电流变流体

1.3.4.1天然高分子类

1.3.4.2合成高分子类

a聚苯乙烯类

b聚丙烯酸酯类

c有机硅类

d导电高分子和有机半导体材料

1.3.5智能高分子膜

I按膜的形式分类

a荷电型超滤膜

b接枝型智能膜

c互穿网络膜