智能材料(09级)幻灯片.ppt

智能材料Intelligent Materials 主讲： 杨 建 Email: yangjian1976@163.com Tel:Mobil: 参考书： 姚康德，成国祥．智能材料．北京：化学工业出版社，2002． 课程内容 第1章 智能材料概述 2学时 第2章 智能材料的仿生构思　　1学时　 第3章 智能无机非金属材料　　6学时　 第4章 智能金属材料　　 5学时　 第5章 智能高分子材料　 　 5学时　 第6章 电(磁)流变液 　 7学时　 第7章 智能纤维　　 　 6学时　 第一章 智能材料概述 1.1引言 1.2智能材料的内涵、定义和特征 1.2.1智能材料的定义 1.2.2智能材料的内涵 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； 1.2.3智能材料的特征 (4)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。 (5)响应性功能：能根据环境变化适时地动态调节自身并作出反应。 (6)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。 (7)自诊断功能：能对现在情况和过去情况作比较，从而能对诸如故障及判断失误等问题进行自诊断和校正。 (8)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，从而改变自已的行为．以一种优化的方式对环境变化作出响应。 1.4智能材料的设计 1.4.1智能材料的设计思路 选择传感器和驱动器时需把握的原则 （1）兼容性要求 （2）稳定性要求 （3）响应带宽要求 （4）传感器精度的要求 （5）驱动器驱动力的要求 1.4.2智能材料的构成 1.4.2智能材料的构成 1.4.3智能材料的合成方法 （1）纤维及颗粒形式的复合 （2）多层薄膜复合 （3）多孔架材料组装 （4）材料内部结构周期的纳米化 1.5智能材料的类型 (1)金属系智能材料 1.6智能材料的应用 （3）抑制振动和噪声 （4）用于机器人 （5）在医学领域的应用 （6）用于日常生活 第二章 智能材料的仿生构思 （1）信息传感 视觉——视网膜中的视细胞 听觉——内耳外毛细胞 味觉——口腔粘膜中味蕾内的味细胞 嗅觉——鼻后隐窝的嗅觉上皮细胞 触觉——离表皮较浅的区域的传感细胞， 即神经末梢的触觉细胞。 内界感觉——内脏受体、血管壁内皮细胞等 （2）信息处理 （3）执行元件 胶原 （3）执行元件 2.2材料仿生与智能材料 （1）骨—智能生物材料的范例 (2)味细胞 启发：味觉传感器 (3)贝壳 第三章 智能无机非金属材料 3.1 陶瓷及非金属材料的自诊断效应 3.1.1 陶瓷基复合材料的自诊断 导电陶瓷基复合材料的导电机理 隧道导电：电子跃过颗粒间隙绝缘基体构成的势垒而形成电流通道. 粒子导电：当导电颗粒含量增加到一定程度，颗粒间相互接触而形成导电粒子链，复合材料通过颗粒网络导电。 导电模型 晶须复合陶瓷材料的电学检测 （2）SiC晶须复合Si3N4陶瓷材料 层状复合陶瓷材料的电学检测 3.1.2添加碳纤维的混凝土材料的自诊断 3.1.3 利用线性电容的自诊断——介电检测 3.1.4添加光纤的混凝土结构的自诊断 3.2自修补自愈合材料 3.2.1 高温下陶瓷涂层的自动成膜机制 3.2.2 高温陶瓷的高温氧化自适应性 3.2.3 微波辐射使陶瓷材料内部裂纹愈合 3.2.4自愈合混凝土 3.3氧化锆增韧陶瓷 相变增韧—应力诱导的相变增韧 3.4功能无机材料的智能化3.4.1CuO/ZnO湿敏传感器 传统的湿敏传感器 CuO/ZnO半导体陶瓷湿敏传感器 3.4.2正温度系数热敏陶瓷 3.4.3变色玻璃 （1）光致变色玻璃 不同物质对可见光的吸收 光致变色材料 添加AgCl的光致变色玻璃 光致变色玻璃的组成 （2）电致变色玻璃 特性： 电致变色智能玻璃的结构和工作原理 工作原理 TC——电极材料 FIC——快离子导体 材料：电解质 ★EC——电致变色材料 ★EC——电致变色材料 WO3和NiO ——最有发展前途的电致变色材料 WO3电致变色过程 CE—离子贮存层 (3)热致变色玻璃 (3)热致变色玻璃 热致变色材料 机理： 存在一个相变温度，在相变温度之上或之下，材料表现出不同的光学性质。 VO2 薄膜的变色机理 有待研究解决的问题 纯相M/R VO2 的控制合成; 相变温度的降低及其变化温度范围的调控; 提高