纳米仿生材料重点.ppt

2、智能材料的特征 具体地说，智能材料具备下列智能特性： (1)具有感知功能，可探测并识别外界（或内部）的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等； 智能金属材料 智能无机非金属材料 智能高分子材料 (2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应； (3)具有对环境变化作出响应及执行的功能； (4)反应灵敏、恰当； (5)外部刺激条件消除后能迅速回复到原始状态。 智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。 从仿生学的观点出发，智能材料应具有或部分具有下列生物功能： (1)有反馈功能，能通过传感神经网络，对系统的输入和输出信息进行比较，并将解结果提供给控制系统； (2)有信息积累和识别功能，能积累信息，能识别和区分传感网络得到的各种信息，并进行分析和解释； (3)有学习能力和预见性功能，能通过对过去经验的收集，对外部刺激作出适当反应，并可预见未来并采取适当的行动； (4)有响应性功能，能根据环境变化适时地动态调节自身并作出响应； (5)有自修复功能，能通过自生长或原位复合等再生机制，来修补某些局部破损； (6)有自诊断功能，能对现在和过去的情况作比较，从而能对诸如故障及判断失误等问题进行自诊断和校正； (7)有自动动态平衡及自适应功能，能根据动态的外部环境条件不断自动调整自身的内部结构，从而改变自己的行为，以一种优化的方式对环境作出响应。 3、智能材料的构成 智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。它不是传统的单一均质材料，而是一种复杂的智能材料系统。 基体材料首选高分子材料，因为质量轻，耐腐蚀；其次也可选金属材料，以轻质有色合金为主。 在一定条件下， 驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负响应和控制的任务。 常用的驱动材料有形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料等。 敏感材料担负传感的任务，其主要作用是感知环境的变化（温度、湿度、压力、pH值等）。 常用的敏感材料有形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。 （1）用于航空、航天飞行器 采用光纤传感器阵列和聚偏氟乙烯传感器的智能结构可对机翼、机架以及可重复使用航天运载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测；空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构，可实时探测由于交会对接碰撞、陨石撞击或其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实施自诊断。 4、智能材料的应用 自适应机翼具有翼型自适应能力，如当飞机在飞行过程中遇到涡流或猛烈的逆风时，机翼中的智能材料就能够迅速变形，并带动机翼改变形状，从而消除涡流或逆风的影响，使飞机仍能平衡地飞行。 （2）用于建筑、工程结构 例：可以利用形状记忆合金材料对应变敏感、电阻率大及加热后可以产生大回复力的特点，将记忆材料埋植在各种结构中，再配上微处理器，使之集传感驱动于一体，便构成自动探测裂纹或损伤和主动控制裂纹扩展的完整控制系统。 　　 例：“自愈合”纤维能感知混泥土中的裂纹和钢筋的腐蚀，并能自动粘合混凝土的裂纹或阻止钢筋的腐蚀。粘合裂纹的纤维是用玻璃丝和聚丙烯制成的多孔状空中纤维，将其掺入混凝土中后，在混凝土过度挠曲时，它会被撕裂，从而释放出一些化学物质，来充填和粘合混凝土中的裂缝。防腐蚀纤维则被包在钢筋周围。当钢筋周围的酸度达到一定值时，纤维的涂层就会溶解，从纤维中释放出能阻止混凝土中的钢筋被腐蚀的物质。 （3）用于日常生活 例： 通用汽车已经在进行将智能材料应用在其未来汽车产品中的研发工作。这些非常“聪明”的材料能够随着温度、压力、磁场和电压等条件的不同变化，而相应改变自身的密度、硬度，甚至外形。 例：日本推出了一种能根据血液中的葡萄糖浓度而扩张和收缩的聚合物。葡萄糖浓度低时，聚合物条带会缩成小球，葡萄糖浓度高时，小球会伸展成带。借助于这一特性，这种聚合物可制成人造胰细胞。将用这种聚合物包封的胰胰岛腺小球，注入糖尿病患者的血液中，血液中的血糖浓度高时，小球释放出胰岛素，血糖浓度低时，胰岛素被密封。这样，病人血糖浓度就会始终保持在正常的水平上。 * 仿生材料 2013.12.10 一、仿生学 仿生学(Bionics)：模仿生物系统的结构、形状、 原理、行为以及相互作用，建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学，简而言之，仿生学就是“模仿生物的科学”。 仿生学是一门生命科学、物质科学、信息科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合成的一门边缘科学。 仿生材料（Bio-inspired）： 受生物启发