智能材料(09级)教学文稿.ppt

智能材料Intelligent Materials;第一章 智能材料概述 ;1.1引言 ;l989年 日本 高木俊宜 智能材料(intelligent materials) 其它提法：smart materials; smart structures; intelligent structures，adaptive structures；机敏材料、聪敏材料、智能结构、灵巧结构、自适应结构 “smart”：灵活、机敏、迅速感觉、机智、聪敏等；“intelligent”：学习、预测、建立关系、推理、决策等。 “intelligent materials”：更复杂和高级，是仿生命功 能的材料和结构。;智能材料来源于功能材料 功能材料是智能材料的基础;功能材料;兼具敏感（传感）材料与驱动材料之特征，即同时具有感知与驱动功能的材料。;智能材料系统和结构;1.2智能材料的内涵、定义和特征; 模仿生命系统,能感知外界环境或内部状态所发生的变化,而且通过材料自身的或外界的某种反馈机制,能够适时地将材料的一种或多种性质改变,作出所期望的某种响应的材料。 ;863新材料领域专家委员会： 对使用环境敏感而且能对环境变化作出灵活反应的材料.更确切地说,智能材料是一类集传感、控制、驱动(执行)等功能于一体的机敏或智能材料—结构系统,它能适时地感知与响应外界环境的变化,实现自检测、自诊断、自修复、自适应等多种功能。;1.2.2智能材料的内涵;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;智能效应的基本原理： ——物质和场之间的交互作用过程;智能材料设计的具体过程：;选择传感器和驱动器时需把握的原则;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;（2）多层薄膜???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;(2)无机非金属系智能材料;多重亚稳态、多水平结构层次、较弱的分子间作用力，侧链易引入各种官能团 ——利于感知和判断环境，实现环境响应。;1.6智能材料的应用; ?自动加固的直升飞机水平旋转叶片：当叶片在飞行中遇到疾风而猛烈振动时,分布在叶片中的微小液滴变成固体自动加固叶片。; ?智能蒙皮:对于飞行器及潜水艇等，具有探测周围环境以及随外界条件变化而变化的能力的表皮(蒙皮)。;（3）抑制振动和噪声;?压电材料 将压电材料置于结构表面或内部用来感测振动,利用经过放大的输出功率去驱动另一个粘贴于不同区域的压电材料,来减小振动反应。——已成功应用于降低圆柱型卫星天线桅杆的振动。;（4）用于机器人;（5）在医学领域的应用;? 靶向抗癌药物：;（6）用于日常生活;第二章 智能材料的仿生构思;; 生物体对环境的响应源于细胞。 细胞本身就是具有传感、处理和执行三种功能的融合材料，可作为智能材料的蓝本。;（1）信息传感;大脑——神经系统的控制中心;（3）执行元件;（3）执行元件;2.2材料仿生与智能材料; ?“自愈合”纤维：它可感知混凝土中的裂纹和腐蚀并自动将其修复。;(2)味细胞;启发：味觉传感器;(3)贝壳;;启发：不易破碎的陶瓷材料—石墨层结合的碳化硅陶瓷;;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;自诊断功能来源：导电相(连续长纤维、分散增韧相)、光纤、晶界相、多层结构、介电体、压电体等的应用。;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;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;Si3N4陶瓷中加入TiN颗粒：;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;方法二：将剪成5mm左右的短碳纤维直接加入到混凝土中，起到增强增韧效果。;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 ;阳逻长江大桥;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;自适应抗氧化机制：;氧化层——类似人“