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料,是一类对机、电、声、光、热敏感的电子材料,广泛应用于工业部门和高科技领域。当前的研究领域主要包括压电陶瓷、压电晶体、压电复合材料、压电高聚物。其中压电复合材料主要是包括PZT压电陶瓷等。PZT压电陶瓷作为很好的换能器材料已经有30多年的历史,BaTiO3作为优良的高介材料几乎达40年之久.磁性材料和半导体材料都有类似的趋势.对一些化合物的深入研究表明,改变掺杂元素的方法,不可能大幅度改进和提高材料的性能。于是人们采用不均质的陶瓷材料和精确控制材料的多相性来改进单相材料的某些性能。压电复合材料有多种复合方式.就结构来说,有混合状、层状、梯形和蜂窝形;就材料而言,有PZT/聚合物、PZT/PZT(两种PZT的组分不同)、PZT(致密)/PZT(多孔)/PZT(致密)以及其他压电材料与聚合物的的复合材料等。利用复合技术不仅能提高材料的压电性能、热电性能,还能提高材料的耐压性以及抗去极化性。当前,压电复合材料有两个发展趋势:其一是开发连接类型压电复合材料。按压电陶瓷相和聚合物相在复合材料中的分布状况,可将压电复合材料分成10中连接类型。为了实际应用和器件小型化,一些混合连接类型和新连接类型的复合材料被开发出来;其二是改进成型工艺。成型工艺直接影响压电复合材料的性能,所以探测新工艺是压电复合材料研究的一个重要方面。脱模法、注模成型法、遗留法、层压法、纤维编制法、共挤法等可以获得精度50-100um甚至20um左右的精细结构。为生产更精密的压电复合材料提供了可能。智能复合材料智能复合材料是一类基于仿生学概念发展起来的高新技术材料,它实际上是集成了传感器、信息处理器和功能驱动器的新型复合材料。其通过信息处理器作出判断处理,并发出指令,而后通过功能驱动器调整材料的各种状态,以适应内外环境的变化,从而实现自检测、自诊断、自调节、自恢复、自我保护等多种特殊功能,类似于生物系统。智能复合材料是微电子技术、计算机技术与材料科学交叉的产物,在许多领域展现了广阔的应用前景,如机械装置噪音与振动的自我控制等,飞机的智能蒙皮与自适应机翼,桥梁与高速公路等大型结构的自增强、自诊断、自修复功能,以及各种智能纺织品。(1)智能复合材料的组成与原理智能复合材料的功能实现是依靠信息的传递、转换与控制。因此其功能实现的关键是信息的采集与流向。智能复合材料主要由基体、传感器、信息处理器和驱动器组成。基体材料材料较多采用高分子物,主要作用是承载。传感器的主要作用是感知环境的变化(如温度、热、声音、压力、光等),并将其转换为相应的信号。这类材料(一般有敏感的感知能力)有形状记忆合金(SMA)、压电材料、光纤、电/磁致粘流体、光致变色材料等,尤其是光纤应用最广(可感觉压力、温度、密度、弯曲、射线等)。信息处理器核心的部分,它对传感器输出信号进行判断处理。构成驱动器部分的驱动材料在一定条件下可产生较大的应变和应力,从而起到响应和控制作用,如形状记忆合金、磁致伸缩材料、PH致伸缩材料等。(2)智能复合材料的常见种类1.形状记忆合金纤维增强智能复合材料2.光导纤维智能复合材料3.碳纤维增强复合材料4.压电智能复合材料5.电/磁流变体智能复合材料6.PH响应凝胶纤维智能复合材料压电材料在智能复合材料的中的应用1.压电智能复合材料的概念压电复合材料具有压电效应。当在材料上施加外力时,材料产生电压的现象称为正压电效应,而对材料表面施加外电场产生的应变或应力称为反压电效应。即其具有将电能和机械能变换的特性,故可应用于智能结构中,特别是自适应、减振与噪音控制等方面。将压电材料置入飞机机身内,当飞机遇到强气流而振动时,压电材料便产生电流,使舱壁发生和原来振动方向相反的振动,抵消气流引起的振动噪音。将压电材料应用于滑雪板,滑雪板受振同时,就产生减振反应作用力,增强滑雪者的控制能力利用压电陶瓷易于改性且易于与其他材料兼容的特点可制成自适应结构。2.压电智能复合材料的现实应用(1)压电智能复合材料在悬臂梁结构振动控制中的应用地震和强风的作用严重威胁土木工程结构的安全。随着结构控制科学、信息技术和材料科学的发展,科学家和工程师们从对自然界和生物进化的学习与思考中得到启示,提出了力图从根本上提高工程结构整个寿命期间安全性及减小灾害影响的一条崭新思路。即引入了智能结构系统的概念。压电材料是众多智能材料中运用得较为广泛的一种,利用压电智能材料的正、逆压电效应,即压电材料在外加电场作用下引起变形与压电材料在变形下引起电场改变的特
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