智能材料的应用及发展趋势
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- 1_4097836_智能材料的应用及发展趋势智能材料的应用及发展趋势
摘 要 ：材料的智能化代表了材料科学发展的最新方向。智能材料的研究主要是依照仿生学方法, 采用各种先进复合技术, 实现复杂材料体系的多功能复合,并最终实现材料智能化和器件集成化。本文介绍了智能材料的种类及国内外关于智能材料的研究现状，并对智能材料的研究方向和发展应用趋势进行了论述。
关键词 智能材料 应用 发展趋势
引言
材料是人类生活和生产的基础，一般将其划分为结构材和功能材料两人类、对结构材料主要要求的是其机械强度;而对功能材料则侧重于其特有的功能，智能材料不同于传统的结构材料和功能材料，它模糊了两者之间的界限，并加上了信息科学的内容，实现了结构功能化、功能智能化。由智能材料组成的智能结构具备传感、驱动和控制二个基本要素，能通过自身的感知，做出判断，发出指令，并执行和完成动作，实现自检测、自诊断、自监控、自校正自修复及自适应等多种功能。当前，科学技术的发展对材料性能的要求越来越大，材料智能化的概念己极人地影响着人们在材料设计、制造和应用过程中的思维方式，光导纤维传感技术、微电子学技术、自组装材料制备技术以及其他相关技术的发展又给智能材料与结构的研究提供了新的研究手段、打开了更多的想象空间。
1智能材料的研究现状
智能材料发展随着科技、航天技术、智能化建筑等要求的提高，近年来正不断快速进步。近年来，国际上关于智能材料的研究和学术活动十分活跃；我国对这一新兴学科的研究也十分重视，国家自然科学基金、航空基金等从1993年起每年都将智能材料列入研究计划项日，此后的资助强度不断加大。国内己有一批研究单位在该领域的研究达到国际先进水平。
1.1 压电智能材料
压电效应是指在材料上施加机械力应力时，材料的某些表面会产生电荷，这种现象被称为正压电效应；与此相对应，如对材料的某些表面施加电场，则材料会产生几何变形，此现象被称为逆压电效应。压电智能材料包括压电陶瓷、压电
聚合物和压电复合材料等。而且新一代的压电材料还具有了条件反射和指令分析的能力。其特征和运转方式类似于人的神经系统，可执行类似于大脑的指令。压电材料的这种独特功能，使其在智能材料系统中具有广阔的应用前景。
压电陶瓷，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，用它来制作压电地震仪，能精确地测出地震强度，指示出地震的方位和距离。压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，别小看这微小的变化，基于这个原理制作的精确控制机构——压电驱动器，对于精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域都是一大福音。
压电聚合物智能材料，如聚氟乙烯，突出的优点是具有低的声阻抗和介电常数，柔软性好，耐击穿。美国佛罗里达人学制成了压电聚合物传感器，用以识别盲文书信和小同级别的砂纸，具有接近100%的准确性，在勘探和目标识别中大有前途。日前，压电材料己成功应用于各种光跟踪系统、自适应光学系统、机器人位移定位器、磁头、喷墨打印机和扬声器等高科技领域。
1.2形状记忆智能材料
形状记忆材料是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应。研究表明, 很多合金材料都具有形状记忆效应 ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi)。
形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。
现在，美国己制造出用形状记忆合金作为致动器的树脂基复合材料夹心结构的“柔性机翼”；该机翼可在各种飞行速度下始终自动保持最佳翼型，大幅度提升飞行效率，可对出现的危险振动自行抑制、形状记忆合金随温度变化而改变其弹性模量，可以作为力学执行器和刚性执行器，控制运动和形状、日本人制成了一种形状记忆合金，通过对合金加热收缩来防止裂纹的扩展，用于防止地震等造成的桥梁或大型建筑物的建筑、上木结构的突发性破坏。美国人在建筑物的合成梁中埋植形状记忆合金纤维，在热电控制卜，能像人的肌肉纤维一样产生形状和张力的变化，从而根据建筑物受到的振动改变梁固有刚性和固有振动频率，减小振幅，使框架结构的寿命大大延长、形状记忆合金在自动探测和自动控制等方而取得了很大的讲展。
1.2光纤智能材料
早在1991年美国就提出智能构件“健康”监控系统（SHMS）其中的传感材料就是光纤。人们最初关心的是光纤维材料的埋入，是否会引起材料层间断裂韧性的下降或基体材料的损伤。后来的实验表明，对环氧复合材料埋入光纤，并没有降低拉伸强度和压缩强度，也没有引起层间断裂韧性的降低。
目前，人们使用光纤已制作成各种埋入式复合材料传感器，其作用有（1）监测复合材料加工制造过程，随时报告加工过程中出现的缺陷；（2）监测飞行器结构所处的状态，随时报告疲劳和温度等情况；（3）利用光纤传感器和神经网络处理器对结构进行在线综合评估。已试用的光纤传感器有（1）微弯光纤时域反射分布应变传感器；（2）动态偏振光纤应变传感器；（3）干涉应变传感器；（4）Bragg Gtrating分布传感器。与这些传感器相结合，发展了诸如光纤反...
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