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智能材料 ;一、什么是智能材料
二、智能材料的主要分类
三、智能材料的应用
;材料的发展和应用历史:; 智能材料概念是美国和日本科学家首先提出的。
1989年日本高木俊宜教授将信息科学融于材料的特性和功能,提出智能材料 (Intelligent materials) 概念,它是指对环境具有可感知可响应等功能的新材料。
美国的R.E.Newnhain教授提出了灵巧 (Smart) 材料的概念,这种材料具有传感和执行功能,他将灵巧材料分为被动灵巧材料、主动灵巧材料和很灵巧材料三类。 ; 智能材料是高技术新材料领域中正在形成的一门新的分支学科,是2l世纪的先进材料,是当前工程学科发展的国际前沿。
智能材料是一门交叉学科,它的发展不仅是材料学科本身的需要,而且可以带动许多相关学科的发展,如物理、化学、计算机、土木工程和航空航天的发展的。;设想:
混凝土能自己发现混凝土大坝里的裂缝;
玻璃能根据环境光强的变化而自行改变透光率,使进入室内的阳光变暗或变亮;
墙纸可以变化颜色以适应不同环境;
空中飞行的飞机能自行诊断其损伤状态并自行修复。
材料具有了“智能”,这种类型的材料就称为智能材料。;一、什么是智能材料?
;;1、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;(2)具有驱动功能,能够响应外界变化;(3)能够按照设定的方式选择和控制响应;(4)反应比较灵敏、及时和恰当;(5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始
状态。 ;智能材料必须具备感知、控制和驱动三个基本要素。 ;智能材料——在材料系统或结构中,可将传感、控制
和驱动三种职能集于一身,通过自身对
信息的感知、采集、转换、传输和处
理,发出指令并执行和完成相应的动
作,从而赋予材料系统结构健康自诊
断、偏差自校正、损伤自修复与环境自
适应等智能功能和生物特征,以达到增
强结构安全、降低能量消耗和提高整体
性能的目的的一种材料系统和结构。;3. 智能材料的基本结构
智能材料不是一种单一的材料,而是一个由多种材料
组元通过有机紧密复合或严格地科学组装而构成的材
料系统,是一种智能机构。 ;4、智能材料的构成 ;(2)敏感材料 敏感材料担负着传感的任务,其主要作用是感知
环境变化(包括压力、应力、温度、电磁场、
PH值等)。
常用敏感材料:形状记忆材料、压电材料、光纤
材料、磁致伸缩材料、电致变色
材料、电流变体、磁流变体和液
晶材料等。 ;(3)驱动材料 因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和
应力,所以它担负着响应和控制的任务。
常用有效驱动材料:形状记忆材料、压电材料、
电流变体和磁致伸缩材料等。 ;如:将光导纤维、形状记忆合金和镓砷化合物半导体
控制电路埋入复合材料中。;智能结构的动作流程图;智能变色材料;光色玻璃(变色玻璃)
能够随照射光强的变化而改变颜色。
原因:
含有在光照下能发生可逆变化的亚稳态色心:
在光波的照射下,色心的光吸收特性发生改变,从而使光色玻璃表现出随光照而改变颜色的特性。;同相型光色玻璃——亚稳态色心与玻璃基质具有相同
的相。
如:光学玻璃的组分中加入氧化铈(选择吸收)
色心:能变价的铈离子;异相型光色玻璃——亚稳态色心是与玻璃基质不同的
光敏晶相物质。
如:卤化银光色玻璃 色心:卤化银晶体;光色玻璃的应用:;电致变色薄膜
电致变色现象(Electrochromism)——材料在电场作
用下所引起的颜色变化,这种变化是可逆的、连续
可调的(
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