第11章 机敏材料与智能材料.pptx

第十一章机敏材料和智能材料11.1机敏材料和智能材料的概念智能材料是指对环境可感知、响应和处理后，能适应环境的材料。它是一种融材料技术和信息技术于一体的新概念功能材料。智能材料应同时具备传感(sensing)、处理(processing)和执行(actuation)三种基本功能。（1）传感功能。首先是对所处环境条件及其变化的感知，环境条件包括力、光、电、声、磁、热等物理、化学和生物条件。其次是把环境条件及其变化转化为某种讯号传导给处理器。（2）处理功能。包括信息积累、识别、比较、诊断、综合、判断和作出相应的反应，然后把反应转化为指令，传达给执行器。（3）执行功能。包括报警、自检测、自诊断、自监控、自校正、自适应、自分解、自增殖、自修复、自净化、自愈合和自学习等。机敏材料的英文原名为smartmaterial。对机敏材料也没有统一的定义。有人认为机敏材料就是智能材料，两者之间并无区别，只是名称不同。有人认为机敏材料只有传感和执行两种基本功能，比智能材料少一个处理功能。因而，从聪明程度来看，智能材料比机敏材料至少高出一个数量级，机敏材料是一种较低阶段的智能材料，所以一般把机敏材料和智能材料统称为智能材料。理论上讲，智能材料可以从宏观到微观各种层次上来实现。宏观层次上，单一的一种材料很难同时具备传感、处理和执行三种基本功能。往往要把几种材料、元件或结构组合在一起构成一个结构或系统才能同时具备上述的三种基本功能。这种结构或系统称为智能结构或系统，它是由多种结构材料（结构）、功能材料（元件或结构）所构成。在微观层次上如在分子、原子水平上，则有可能在一种材料中实现上述三种基本功能。这种材料才符合智能材料的定义。智能材料的基本功能随着研究的进展正在逐步丰富和发展，它的智能也从低级（如机敏材料）发展到比较高级（如仿生智能材料），最终可能发展到具有类似人类的部分智能。研究智能材料最早的国家是美国和日本。随后英、意、澳等也开展了智能材料的研究。我国对智能材料的研究也很重视，从1991年起就把智能材料列为国家自然科学基金和国家863计划的研究项目，并已取得了相当的进展。宏观智能材料往往由结构材料和具有传感、处理或执行功能的功能材料构成。本章介绍几种以前各章未讲到的有传感或执行功能的材料，即形状记忆材料、电流变流体、机敏窗口、刺激响应型高聚物和高分子人工肌肉材料。有的文献把这些材料也称为智能材料，这不太确切。　智能材料第一节　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　　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，将在21世纪得到广泛研究和应用的材料。智能材料：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具有智能特征材料。1、什么是智能材料？目前，已经实用化的智能材料包括：形状记忆合金材料，如镍—钛材料，可用来制作汽车易损件、人造卫星的天线等；电致、磁致变性材料等的应用　　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；　　智能材料的构想来源于仿生学，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。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。　　智能材料应用的简单事例：　　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。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。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：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-recov