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智能材料简介 智能材料(Intelligent material)，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，实现结构功能化、功能多样化。是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。 智能材料的构想来源于仿生(仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等)，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。这就使得智能材料的设计、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。 构成智能材料的基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电(磁)流变液、磁致伸缩材料和智能高分子材料等。 下面从定义，分类，代表性材料，优缺点及应用简要介绍几种智能材料： 形状记忆材料 定义： 具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的材料称为形状记忆材料。例如，在高温时将处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态下经塑性变形成另一种形状，然后加热到高温相成为稳定状态的温度时通过马氏体逆相变会恢复到低温塑性变形前的形状。具有这种形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的金属元素构成的合金，故称为形状记忆合金(Shape Memory Alloys ，简称SMA). 分类： 形状记忆效应可分为3种类型：单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程形状记忆效应。所谓单程形状记忆效应就是材料在高温下制成某种形状，在低温时将其任意变形，再加热时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。若加热时恢复高温相时的形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆的反复恢复高低温相形状的现象称为双程形状记忆效应。当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高温相形状的现象称为全程形状记忆效应。它是一种特殊的双程形状记忆效应，只能在富Ti-Ni合金中出现。 形状记忆材料可以分为形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆高分子材料。形状记忆合金按照组成和相变特征可以分为三大类：Ti-Ni系，Cu基以及Fe基形状记忆合金。 代表性材料及优缺点： 1）Ti-Ni合金是目前所有形状记忆合金中研究得最全面、记忆性能最好、实用性强的合金材料，Ti—Ni合金有3种金属化合物：Ti2Ni，TiNi和TiNi2。 优点：可记忆形变最大，性能稳定，有生物相容性，且可逆转变温度与人体体温相似； 缺点：价格昂贵，制作工艺复杂；可以通过多元合金化改善。 铜基系形状记亿合金种类比较多，以Cu-Zn-Al及Cu-Al-Ni合金为主。 优点：价格低，记忆效应较好，加工容易； 缺点：稳定性差，不具有生物相容性，可通过分级淬火改善。 3）Fe基形状记忆合金分为热弹性马氏体相变及非热弹性马氏体相变。 优点：扩展到非热弹性马氏体相变体系； 缺点：价格高，应用范围不大 4）形状记忆陶瓷ZrO2陶瓷，大多属于非弹性马氏体相变体系，但可记忆形变量小，寿命短，无双程记忆效应。 5）形状记忆聚合物：聚降冰片烯，聚氨酯等，与形状记忆合金相比： 优点：形变量大，形状恢复应力低，形状恢复温度可调整 缺点：耐疲劳性差，只有单程记忆效应。 应用：形状记忆材料作为新型功能材料在航空航天、自动控制系统、医学、能源等领域具有重要的应用。例如用于各种管件的接头及热发动机等。 形状记忆合金应用最典型的例子是制造人造卫星天线，由Ti—Ni 合金板制成的天线能卷入卫星体内，当卫星进入轨道后，利用太阳能或其他热源加热就能在太空中展开。美国宇航局(NASA)曾利用Ti—Ni合金加工制成半球状的月面天线，并加以形状记忆热处理，然后压成一团，用阿波罗运载火箭送上月球表面，小团天线受太阳照射加热引起形状记忆而恢复原状，即构成正常运行的半球状天线，可用于通讯。 2.压电材料 定义：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。压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差(称之为正压电效应)，反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频