1、.1.2一、什么是智能材料一、什么是智能材料二、智能材料的主要分类二、智能材料的主要分类三、智能材料的应用三、智能材料的应用 .3材料的发展和应用历史材料的发展和应用历史：材料科学的发展演化过程材料科学的发展演化过程智能材料是继天智能材料是继天然材料、人造材然材料、人造材料、精细材料之料、精细材料之后的后的第四代功能第四代功能材料材料。.4 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RENewnhain教授提出了灵巧(Sma
2、rt)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。.5 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。.6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
3、料。.7一、什么是智能材料？材料一般分为结构材料和功能材料两大类。对结构材料主要要求其机械强度，而对功能材料侧重于其特有的功能。功能材料对来自外界或内部的各种信息具有感知能力的敏感材料在外界环境或内部状态发生变化时能对之作出适当的反应并产生相应动作的驱动材料.820世纪80年代，人们提出了智能材料的概念。如果能把感知、驱动（执行）和信息等三种功能材料有机地复合或集成于一体就可能实现材料的智能化。智能材料是继天然材料、人造材料、精细材料之后的智能材料是继天然材料、人造材料、精细材料之后的第四代功能材料第四代功能材料。智能材料智能材料(Intelligent material，Smart mate
4、rial)是一种能从自身的表层或内部获取关于环境条件及是一种能从自身的表层或内部获取关于环境条件及其变化的信息，并进行判断、处理和作出反应，以其变化的信息，并进行判断、处理和作出反应，以改变自身的结构与功能并使之很好地与外界相协调改变自身的结构与功能并使之很好地与外界相协调的具有自适应性的材料系统。的具有自适应性的材料系统。.91、智能材料需具备以下内涵：、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）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、界（或者内部）的刺激强度，如电、光、热、应力、应变、化学、核辐射等；热、应力、应变、化学、核辐射等
5、；（2）具有驱动功能，能够响应外界变化；）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；）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；）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）当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始 状态。状态。.10智能材料必须具备智能材料必须具备感知、控制感知、控制和和驱动驱动三个基本三个基本要素。要素。智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。成一个智能材料系统。智能材料智能材料.11智能材料智能材料在材料系统或结构中，可将传感、控制在材料
6、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。性能的目的的一种材料系统和结构。2.智能材料的特征智能材料的
7、特征.123.智能材料的基本结构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。料系统，是一种智能机构。传感器传感器执行器执行器控制器控制器智能机构智能机构材料自身材料自身能够探测能够探测到外部环到外部环境状态的境状态的变化变化能够自动能够自动地执行改地执行改变材料状变材料状态的指令态的指令能够对探测到的外部环境的变化作出判断，能够对探测到的外部环境的变化作出判断，并给出相应的改变材料状态的指令并给出相应的改变材料状
8、态的指令.134、智能材料的构成、智能材料的构成 智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。处理器四部分构成。(1)基体材料基体材料 基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质 材料。材料。首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀。首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。.14(2)敏感材料敏感材料敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知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
9、磁场、环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、PH值等）。值等）。常用敏感材料：形状记忆材料、压电材料、光纤常用敏感材料：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、磁致伸缩材料、电致变色 材料、电流变体、磁流变体和液材料、电流变体、磁流变体和液 晶材料等。晶材料等。.15(3)驱动材料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。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、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。电流变体和磁致伸
10、缩材料等。(4)其它功能材料其它功能材料 包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。.16如：将光导纤维、形状记忆合金和镓砷化合物半导体如：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。控制电路埋入复合材料中。光导纤维光导纤维传感元件传感元件(检测结构中的检测结构中的 应变和温度应变和温度)形状记忆合金形状记忆合金执行元件执行元件 (使结构动作使结构动作 改变性状改变性状)半导体控制电路半导体控制电路控制系统控制系统(根据传感元件的信根据传感元件的信 息驱动元件动作息驱动元件动作)智能材料智能材料.17智能结构的动作流程图智能
11、结构的动作流程图识别识别分析分析判断判断行动行动驱动元件驱动元件自适应地改变结构形状、刚度、自适应地改变结构形状、刚度、位置、应力状态、固有频率等位置、应力状态、固有频率等智能材料智能材料.18智能变色材料智能变色材料由于光、电、热等外界条件的作用，使料内部结由于光、电、热等外界条件的作用，使料内部结构发生变化从而改变材料对光波吸收的特性，使构发生变化从而改变材料对光波吸收的特性，使材料呈现出不同的颜色。材料呈现出不同的颜色。l光色玻璃光色玻璃l电致变色薄膜电致变色薄膜智能材料智能材料.19光色玻璃光色玻璃(变色玻璃变色玻璃)能够随照射光强的变化而改变颜色。能够随照射光强的变化而改变颜色。原因
12、：原因：含有在光照下能发生可逆变化的亚稳态色心：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。而使光色玻璃表现出随光照而改变颜色的特性。l同相型光色玻璃同相型光色玻璃l异相型光色玻璃异相型光色玻璃智能材料智能材料.20同相型光色玻璃同相型光色玻璃亚稳态色心与玻璃基质具有相同亚稳态色心与玻璃基质具有相同 的相。的相。如：光学玻璃的组分中加入氧化铈（选择吸收）如：光学玻璃的组分中加入氧化铈（选择吸收）色心：能变价的铈离子色心：能变价的铈离子紫蓝光波紫蓝光波4f5d铈离子内电子
13、跃迁铈离子内电子跃迁铈离子恢复电子状态铈离子恢复电子状态4f5d光减弱光减弱玻璃逐渐由高透明玻璃逐渐由高透明态转向深黄褐色态转向深黄褐色玻璃逐渐恢复高玻璃逐渐恢复高透明态透明态.21异相型光色玻璃异相型光色玻璃亚稳态色心是与玻璃基质不同的亚稳态色心是与玻璃基质不同的 光敏晶相物质。光敏晶相物质。如：如：卤化银光色玻璃卤化银光色玻璃 色心：色心：卤化银晶体卤化银晶体玻璃组分中玻璃组分中加入卤化银加入卤化银光照光照(紫外到蓝紫波段紫外到蓝紫波段)析出游离态银离子析出游离态银离子对光散射强对光散射强(着色状态着色状态)光化学反应光化学反应高温熔融冷却高温熔融冷却析出亚微米尺析出亚微米尺度的卤化银度的
14、卤化银对光散射很小对光散射很小(高透明状态高透明状态)无光照无光照银离子化合成卤化银银离子化合成卤化银去除光照去除光照室温热激活室温热激活.22光色玻璃的应用：光色玻璃的应用：图图18 变色太阳镜变色太阳镜汽车、飞机、船舶的前向玻璃或观察窗玻汽车、飞机、船舶的前向玻璃或观察窗玻璃，起防眩作用等。璃，起防眩作用等。智能材料智能材料.23电致变色薄膜电致变色薄膜电致变色现象电致变色现象(Electrochromism)材料在电场作材料在电场作用下所引起的颜色变化，这种变化是可逆的、连续用下所引起的颜色变化，这种变化是可逆的、连续可调的可调的(透过率、吸收率、反射率三者比例关系可透过率、吸收率、反射
15、率三者比例关系可调调）。）。应用：智能窗应用：智能窗(调节玻璃透光特性调节玻璃透光特性)机理：机理：一些氧化物薄膜在电场的作用下能够发生一些氧化物薄膜在电场的作用下能够发生电子的交电子的交换换，导致颜色的改变。，导致颜色的改变。智能材料智能材料.24 智能窗结构示意图智能窗结构示意图着色和退色的电化学反应如下：着色和退色的电化学反应如下：Ni1-xO(初始态初始态)+yM+ye-MyNi1-xO(着色态着色态)MyNil-xO(着色态着色态)My-2N1-xO(退色态退色态)+2M+2e-氧化还原的电化学反应氧化还原的电化学反应玻璃基片玻璃基片透明电极透明电极(氧化铟锡膜氧化铟锡膜)离子注入膜
16、离子注入膜快离子导体隔膜快离子导体隔膜电致变色膜电致变色膜(-WO3、NiO薄膜薄膜)蓝色、灰色蓝色、灰色.25法拉利首款自动硬顶敞篷车法拉利首款自动硬顶敞篷车玻璃车顶采用了利用电场变化来改变颜色的电致变色技玻璃车顶采用了利用电场变化来改变颜色的电致变色技术，可术，可对透过率进行对透过率进行5级调整级调整。智能窗的应用：智能窗的应用：智能材料智能材料.26汽车防眩目后视镜汽车防眩目后视镜汽车夜间行驶时根据后面行驶车辆前大灯射出的光线照射到汽车夜间行驶时根据后面行驶车辆前大灯射出的光线照射到后视镜上产生的眩目光程度，后视镜上产生的眩目光程度，自动控制后视镜的透光度，以自动控制后视镜的透光度，以减
17、少后视镜镜面的反射光强度减少后视镜镜面的反射光强度，使驾驶员既能舒服的通过后，使驾驶员既能舒服的通过后视镜了解后面行驶车辆及行人的情况，又能安全驾驶汽车。视镜了解后面行驶车辆及行人的情况，又能安全驾驶汽车。汽车防眩目后视汽车防眩目后视镜是当前玻璃制镜是当前玻璃制造业前沿产品造业前沿产品-电电致变色玻璃在汽致变色玻璃在汽车上的应用。车上的应用。智能材料智能材料.27.28受到外力作用后，受到外力作用后，首先发生首先发生弹性变形弹性变形，达到屈服点，就，达到屈服点，就产生产生塑性变形塑性变形，应力消除后应力消除后留下留下。.29但有些材料，在但有些材料，在发生了塑性变形发生了塑性变形后后，经过，经
18、过，这种现象叫做，这种现象叫做（SME）。）。.30具有具有的材料，一般是的材料，一般是，称为，称为。可以分为三种：可以分为三种：.31智能材料大多是由智能材料大多是由合合成材料成材料或或陶瓷材料陶瓷材料制成的，具有制成的，具有，其，其变化的变化的大小大小与与电场和磁场的强度电场和磁场的强度有关。有关。.32科学家研制成功一种科学家研制成功一种，这种材料这种材料在接通电流时在接通电流时，可以，可以。如果向如果向空心复合梁空心复合梁中充入中充入，在外电场的作用下在外电场的作用下，这种，这种液体材液体材料就会变硬料就会变硬，从而使梁变成僵硬状。，从而使梁变成僵硬状。.33将将现象与现象与结合起结合
19、起来，就可以实现使来，就可以实现使复合梁随着负载的复合梁随着负载的变化变化而而改变其性质改变其性质。这将是。这将是智能化的智能化的一个突破性的新起点。一个突破性的新起点。.34还可以用作还可以用作在地震在地震时时能能自动加固建筑物的基础自动加固建筑物的基础。此外，此外，在在机电工业机电工业中也有广泛的用途。中也有广泛的用途。.35目前目前智能材料的主流是智能材料的主流是，是近是近期才发展起来的一种新型功能材料。期才发展起来的一种新型功能材料。.36在电磁场的作用在电磁场的作用下下可以产生可以产生，也可以，也可以转化为转化为电磁能电磁能。.37具有具有磁磁、和和特点，在国防、航空航天和高技术领特
20、点，在国防、航空航天和高技术领域应用极为广泛。域应用极为广泛。.38（1）由于）由于比比传传统材料统材料在性能上有了惊人的提高，所以在在性能上有了惊人的提高，所以在电器、家电、通讯器材、电脑电器、家电、通讯器材、电脑等生产领域，等生产领域，逐渐取代了逐渐取代了传统的磁致传统的磁致伸缩材料和电致伸缩材料伸缩材料和电致伸缩材料，使产品升级和，使产品升级和更新换代更加容易。更新换代更加容易。.39（2）由于）由于的独的独特的性能，可被用于特的性能，可被用于，如如（如油料控制、导弹发射（如油料控制、导弹发射控制装置等），控制装置等），（如信号处（如信号处理、声纳扫描、超声、水声等），以及理、声纳扫描、
21、超声、水声等），以及等的开发。等的开发。.40对于对于的应用，目前，的应用，目前，美国位居各国之首美国位居各国之首，其成功标志在于开发，其成功标志在于开发出了一系列出了一系列，如，如以及以及等。等。.41我国对我国对新产品的开新产品的开发发也呈现出良好的发展势头。也呈现出良好的发展势头。如开发出的大功率如开发出的大功率，应用于应用于三峡工程和地球物理勘探三峡工程和地球物理勘探；开发出；开发出的的；.42.43在某些晶体材料上在某些晶体材料上施加机械力施加机械力时，晶体时，晶体表面会表面会产生电荷产生电荷，这种现象称，这种现象称。在一定范围内，在一定范围内，。相反，在晶体上相反，在晶体上施加电场
22、施加电场时，晶体会时，晶体会产产生几何变形生几何变形，称，称。.44决定了材料决定了材料能否产能否产生压电性生压电性。显然，压电效应只存在于显然，压电效应只存在于中。中。.45，从而导致，从而导致介质两端表面介质两端表面。.46(2).47由许多由许多排列无序的小晶粒排列无序的小晶粒构成，具构成，具有有，。经经电场处理电场处理后，陶瓷后，陶瓷，是以是以表现出来，且由表现出来，且由各向各向同性同性变成变成各向异性各向异性，从而，从而。.48由于束缚电荷的作用由于束缚电荷的作用，在陶瓷片两极板上，在陶瓷片两极板上吸吸附了一层表面电荷（如图所示）附了一层表面电荷（如图所示），这些，这些与片内与片内数
23、量相等数量相等，符号相反符号相反，起，起片内极化强度对外界的作用片内极化强度对外界的作用。.49当在瓷片上加一个当在瓷片上加一个与极化方向平行的与极化方向平行的外力时外力时，在应力的作用下在应力的作用下，即，即，使，使Ti4+位移变小，位移变小，因而，因而释放出部分原来被吸附释放出部分原来被吸附的表面电荷的表面电荷，这就是被压缩后出现的压电效，这就是被压缩后出现的压电效应应()。其过程示意所示：。其过程示意所示：.50.51当压力撤去后当压力撤去后，(膨胀膨胀过程过程)，这时，这时c轴变长轴变长，Ti4+位移增大位移增大，因此，电极上，因此，电极上而出现充电现象。而出现充电现象。.52当在瓷片
24、上施加当在瓷片上施加与极化方向相同的与极化方向相同的时，此时时，此时，表示，表示Ti4+位移位移增大增大，晶胞晶胞c轴变长轴变长，瓷片发生，瓷片发生，此时，此时，电能变为机械能电能变为机械能(逆压电逆压电)。此过程示。此过程示意如下：意如下：.53.54另外，对于另外，对于来说，它不仅来说，它不仅具有具有的性质，而且这种的性质，而且这种会会因外电场的方向因外电场的方向而产生而产生。.55无机压电材料无机压电材料共有两种：共有两种：(如石英如石英SiO2)；。.56十分十分广泛，压电陶瓷广泛，压电陶瓷在组成上在组成上可以是可以是；在结构上在结构上可以有可以有ABO3型型或或。.57最常用的压电陶
25、瓷最常用的压电陶瓷有有PbTiO3(PT)、Pb(Ti1-xZrx)O3(PZT)、及及三元系压电陶瓷三元系压电陶瓷。所谓所谓是指是指在在PZT二元系基础上二元系基础上。.58一般一般大都是大都是型型化合物。如化合物。如Pb(Mgl/3Nb2/3)xZryTizO3、Pb(Znl/3Nb2/3)xZryTizO3等。等。.59具有在具有在更更宽广范围内宽广范围内，有利于制备有利于制备。.60加上电场之后加上电场之后，不仅存在，不仅存在产生的应变，而且还存在产生的应变，而且还存在，并且，并且，后一效应称为，后一效应称为。.61即即是一种是一种，外加电场所产生的，外加电场所产生的可表示为可表示为S
26、=dE+ME2+NE3+式中，式中，dE是一阶的线性耦合效应，即压电是一阶的线性耦合效应，即压电效应；系数效应；系数d称为压电常数；称为压电常数；ME2，NE3，为高阶的非线性耦合效应，或电致伸缩效应；为高阶的非线性耦合效应，或电致伸缩效应；系数系数M、N等为电致伸缩常数。等为电致伸缩常数。.62是利用是利用产生微小应变产生微小应变，并能，并能由电场非常精由电场非常精确地加以控制确地加以控制的陶瓷。的陶瓷。.63由于由于非常微弱非常微弱，通常，通常电致伸缩效应是指电致伸缩效应是指。大多数材料的电致伸缩效应都非常大多数材料的电致伸缩效应都非常小，而在小，而在中，此效应为中，此效应为应应变的主体变
27、的主体。.64兼具兼具的压电陶瓷，的压电陶瓷，在构筑在构筑智能系统的功能材料智能系统的功能材料中，是重要中，是重要的材料之一。的材料之一。.65具有具有机电机电、声声、光光、热热、弹弹等等多种功能及其多种功能及其耦合效应耦合效应，可用作，可用作压力、温度压力、温度、光、光等多种等多种。又具有又具有位移控制精度高位移控制精度高(0.01 m)、响应快响应快(10 s)、推动力大推动力大(40MPa)、驱动功率低驱动功率低和和工作频率宽工作频率宽等优点。等优点。.66一些实用化及正进行研究的一些实用化及正进行研究的如下：如下：.67 这是利用这是利用制制成的，它可以成的，它可以自动感觉雨量自动感觉
28、雨量并并自动调节挡自动调节挡风玻璃上的雨刷至最佳速度风玻璃上的雨刷至最佳速度。.68 这是利用这是利用、和和的叠合的叠合研制成的研制成的，这套智能系统具有这套智能系统具有识别路面识别路面(粗糙度粗糙度)并进并进行行自我调节自我调节的功能，可以的功能，可以使粗糙路面产生使粗糙路面产生的振动减至最低的振动减至最低，从而，从而提高乘坐舒适性提高乘坐舒适性。.69 用于用于振动频率低于振动频率低于500Hz的消声的消声，是，是由由、和和组成。组成。.70 这类这类，是由，是由两种或两种以两种或两种以上功能陶瓷上功能陶瓷进行进行组合后组合后形成的一种形成的一种，这种，这种复合功能块复合功能块会呈现会呈现
29、一些新一些新效应效应，称为，称为。.71 模仿自然界生物具有的特性模仿自然界生物具有的特性构思仿生构思仿生物物，研究，研究像尾鳍和鸟翼那样柔软像尾鳍和鸟翼那样柔软，能折叠能折叠又很结实的又很结实的智能材料用作智能材料用作，并，并有有效利用自然界的波浪和风能效利用自然界的波浪和风能。.72它是利用压电陶瓷的它是利用压电陶瓷的，直接直接把电能转换成机械能把电能转换成机械能输出，而输出，而不需要不需要通常使用的电磁线圈通常使用的电磁线圈。.73这种新型这种新型，具有，具有结结构简单构简单、起动快起动快、转矩大转矩大、体积小体积小、功耗低功耗低等特点，主要用作等特点，主要用作自动控制、自动控制、机器人
30、机器人等的致动器。等的致动器。.74它是由若干层它是由若干层(PZT)压压电陶瓷块电陶瓷块构成的，构成的，既作为既作为又作为又作为。.75.76当当落到落到上时，上时，球的冲击球的冲击力力产生产生；电压脉冲电压脉冲通过通过加以加以放大和调整放大和调整，然后然后返回并施加到返回并施加到压电块的压电块的；突然突然，把金属球抛出把金属球抛出压电块所在的孔压电块所在的孔，使球，使球爬出，落入爬出，落入另一孔内，再盘旋上升，如此周而复始。另一孔内，再盘旋上升，如此周而复始。.77科学家最近研制成功一种科学家最近研制成功一种，如果将其如果将其放入壁纸中放入壁纸中，就可以大大，就可以大大减小冰减小冰箱或空调
31、机的噪声箱或空调机的噪声，给住户创造了一个安，给住户创造了一个安静的居住环境。静的居住环境。.78是一种能是一种能在光的激发在光的激发下下的玻璃。的玻璃。.79含卤化银含卤化银的的光色玻璃受到光色玻璃受到照射时，照射时，氯化银晶体分解为氯化银晶体分解为Ag和和Cl原子，析出的原子，析出的使玻璃颜色使玻璃颜色变深，从而变深，从而阻止阳光的透过阻止阳光的透过。发生的光化学反应如下：发生的光化学反应如下：.80式中，式中，h 1为为短波激活光能短波激活光能；h 2为为长长波光源光能波光源光能；为；为加热退色效应加热退色效应。),(),(0000,2IBrClAgIBrClAh h1玻璃变色过程中，发
32、生的光化学反应如下：玻璃变色过程中，发生的光化学反应如下：.81在没有紫外线照射时，原来分解产生的在没有紫外线照射时，原来分解产生的又又重新结合重新结合恢复为恢复为无色的氯化无色的氯化银银AgCl，玻璃，玻璃(镜片镜片)褪色。褪色。因此，变色眼镜因此，变色眼镜在阳光下在阳光下，在室内在室内则恢复则恢复。.82若配料中加入少量若配料中加入少量，就能显，就能显著地著地提高敏感性提高敏感性，并，并。如加入如加入Cu2O时，时，是一种增感剂。是一种增感剂。.83在氯化银晶体中在氯化银晶体中作为作为，它，它 的存在增加了光解银原子的存在增加了光解银原子Ag0的浓度，使玻璃的变暗灵敏度大大的浓度，使玻璃的
33、变暗灵敏度大大提高。提高。h1 20,2CuAgCuAgh.84具有具有随光的波长和强度的随光的波长和强度的变化而自动调节光的透过率变化而自动调节光的透过率的自适应特性，的自适应特性，因而被称为因而被称为，除用作，除用作外，还用作外，还用作、以及、以及等。等。.85是是在外加电场作用下在外加电场作用下，材料由于材料由于导致导致结构或价结构或价态发生可逆变化态发生可逆变化，进而，进而调节材料的透过与反调节材料的透过与反射特性射特性，表现为，表现为。.86通常由通常由多层结构多层结构组成，即组成，即/。当当两组电极之间建立电场两组电极之间建立电场时，离子时，离子经过离子导体经过离子导体发生发生，从
34、而导致，从而导致电致变色薄膜的光学电致变色薄膜的光学性能发生变化性能发生变化。.87无机电致变色材料无机电致变色材料有有NiO、-WO3。近年来利用近年来利用薄膜材料薄膜材料的的制造了制造了“电开关电开关”自动控制灵巧窗自动控制灵巧窗，用于，用于建筑采光建筑采光等。等。.88三、三、.智能材料的应用智能材料的应用在军事领域中的应用在军事领域中的应用在飞机上的应用在飞机上的应用智能材料与住宅智能化智能材料与住宅智能化 与现代医学相联系的智能材料与现代医学相联系的智能材料 智能材料智能材料.89在军事领域中的应用在军事领域中的应用.90（1）智能蒙皮）智能蒙皮 光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的智
35、能蒙皮中，光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的智能蒙皮中，或者在武器平台的蒙皮中植入传感元件、驱动元件或者在武器平台的蒙皮中植入传感元件、驱动元件和微处理控制系统制成的智能蒙皮，可用于预警、和微处理控制系统制成的智能蒙皮，可用于预警、隐身和通信。隐身和通信。.91（2）结构监测和寿命预测）结构监测和寿命预测 u采用光纤传感器和聚偏氟乙烯传感器的智能采用光纤传感器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、损伤评估和寿载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿 命预测；命预测；u空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构，
36、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，实其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实 施自诊断。施自诊断。.92（3）环境自适应结构）环境自适应结构 智能结构制成的自适应机翼，能够实时智能结构制成的自适应机翼，能够实时感知外感知外界环境的变化界环境的变化，并可以，并可以驱动机翼弯曲、扭转驱动机翼弯曲、扭转，从而从而改变翼型和攻角改变翼型和攻角，以获得最佳气动特性，以获得最佳气动特性，降低机翼阻力系数，延长机翼的疲劳寿命。降低机翼阻力系数，延长机翼的疲劳寿命。在机翼结构中使用在机翼结构中使
37、用磁致伸缩致动器磁致伸缩致动器，可使机翼，可使机翼阻力降低阻力降低85%。.93在飞机上的应用.94 固 定 翼 飞 机 在 起 飞 和 降 落 时 需 要 升 降 副 翼；在 遇 有阵 风 等 情 况 时，飞 机 翼 片 的 受 力 分 布 将 发 生 变 化，从 而不 能 始 终 保 持 最 佳 升 力/阻 力 比。这 些 显 而 易 见 的 事 实 都说 明 飞 机 在 不 同 的 飞 行 状 态 和 飞 行 条 件 下 需 要 不 同 的 机型 和 翼 型。.95智能结构制成的自适应机翼（可变形机翼），能够实时感知外界环境的变化，并可以驱动机翼弯曲、扭转，从而改变翼型和攻角，以获得最佳
38、气动特性，降低机翼阻力系数，延长机翼的疲劳寿命。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。.96 美国的一项研究表明，在机翼结构中使用磁致伸缩致动器，可使机翼阻力降低85%。美国波音公司和麻省理工学院联合研究在桨叶中嵌入智能纤维、电致流变体时可使桨叶扭转变形达几度。美国陆军在开发直升机旋翼主动控制技术，将用于RAH-66武装直升机。美国防部和航空航天局也在研究自适应结构，包括翼片弯曲、弯曲造型/控制面造型等。相信在不久的将来我们用智能材料制成的飞机机翼，就可以像鱼尾巴一样行动自如，自行弯曲、自
39、动改变形状，从而改进升力和阻力，使飞机飞得更高、更快。.97 将新型智能材料、新型驱动器、激励器、传感器无缝地综合应用于飞行器的一种新的设计概念。变形机翼通过应用灵敏的传感器和驱动器，光滑而持续地改变机翼的形状，对不断改变的飞行条件做出响应，从而可使飞机像鸟一样随意地在空中进行盘旋、倒飞和侧向滑行。变形机翼技术.98 飞机在巡航时通常要求机翼具有高展弦比和大机翼面积，而要想保持飞行速度快，就要求低展弦比和小的机翼面积。变形机翼的概念就是把二者的特点结合在一起，使机翼面积能够在50%到150%之间变化。变形机翼能够从根本上改善飞机的巡航和冲刺能力，以及飞行机动能力。美国防部预先研究计划局2003
40、年启动变形飞机结构（MAS）项目，旨在通过在飞行中改变飞机的气动外形使飞机在执行不同任务或在不同飞行包线时的飞机性能都保持在最佳状态，即通过变形飞.99部件使新一代军用飞机能够用于执行多种形式的作战任务。其长远目标是设计一种续航能力比全球鹰无人机更强、机动性比F/A-22战斗机更好的飞机。项目第一阶段的合同由三家主承包商承担，分别是洛克希德马丁公司的折叠机翼概念；Hypercomp公司/新一代航空技术公司提出的滑动蒙皮变形机翼概念，利用海军的火蜂无人机机体作为验证平台;以及雷声公司的压缩机翼概念，采用美军战斧巡航导弹作为试验平台。.100.101形状记忆聚合物（SMP）新型材料在变形机翼设计中
41、最重要的因素是一种称作形状记忆聚合物（SMP）的特殊材料，这种材料主要用作变形机翼的蒙皮。SMP具有一种特殊的记忆功能，当机翼被改变为不同形状布局后，SMP分子将会重新组构以恢复其初始形状（如图4所示）。SMP材料的初始形态，也就是它的“记忆”形状是一种刚性体即高模量形态。当它受热、高频光或电激励后将变成一种低模量弹性体，从而可被驱动器和特殊的控制装置伸展成不同的形状，当它再次被激励后，它将恢复到它的原来的高模量形态。.102.103智能材料与住宅智能化智能材料与住宅智能化.104(1)(1)建筑方面建筑方面 科学家正集中力量研制使桥梁、高大的建筑设施以及地下管道等能自诊其“健康”状况，并能自
42、行“医治疾病”的材料。英国科学家已开发出了两种“自愈合”纤维。这两种纤维能分别感知混凝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中空纤维，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。.105（2）多功能砖）多功能砖 具有变通性和智能性。具有变通性和智能性。主要由四个分层构成：主要由四个分层构成：第一层是功能层，能感受来自周围的声能、热能、光能，
43、第一层是功能层，能感受来自周围的声能、热能、光能，并能控制这些能量的输出；并能控制这些能量的输出；第二层是通讯层，能为居住者提供内外通信联系的通道；第二层是通讯层，能为居住者提供内外通信联系的通道；第三层是输送通道，可以用来输送水和其它材料；第三层是输送通道，可以用来输送水和其它材料；第四层面膜是砖材的最上层，也具有多功能性。如壁膜可第四层面膜是砖材的最上层，也具有多功能性。如壁膜可以使墙壁产生不同的色彩和图案；传感膜可以接收声波、以使墙壁产生不同的色彩和图案；传感膜可以接收声波、热能和可见光并予以减弱或增强；地膜可产生耐久的色彩热能和可见光并予以减弱或增强；地膜可产生耐久的色彩和图案；界面膜
44、可连接内外通信线路。和图案；界面膜可连接内外通信线路。.106（3）卫生间在卫生间里，常见设施是洗脸盆、抽水马桶和淋浴器。而采用了智能结构后：在洗漱时，人们只要接触洗脸盆支架表面的任何区域，就能调节控制水温、水速和水流的状态（集中喷射的水流或宽阔的水帘状等）供人们选择。洗脸盆上方的镜子能照出人的正常反转象，还能照出真实的非反转象。.107 抽水马桶的形状和大小可随使用者的不同而自动变化，坐垫自动加热至舒适的温度，整个结构十分轻便。无论安装在室内的任何地方，都能和多功能砖牢固地砌合，从而解决上下水的问题。在电脑住宅的厕所里，安装了一台检查身体的电脑系统，每当有人上厕所时，与马桶相连的体检装置即自
45、动分析大小便的情况，如发现异常，电脑会立即发出警报。淋浴设备只要和多功能砖相连接，上下水、水温和水流都能得到自动控制和调节。.108（4）食物器皿）食物器皿 在毫微塑料的桌面上旋转的碗不仅能测知食物的在毫微塑料的桌面上旋转的碗不仅能测知食物的存在，而且可以根据用户的需要自行形成各种形存在，而且可以根据用户的需要自行形成各种形状的碟子，供准备、烹调和上菜时使用。并且这状的碟子，供准备、烹调和上菜时使用。并且这种盛食物的碗还具有保温和在不使用冰箱的情况种盛食物的碗还具有保温和在不使用冰箱的情况下保鲜的功能。下保鲜的功能。.109（5）座椅）座椅 用毫微塑料制作的坐椅不仅功能将大大增加，而且也将增用
46、毫微塑料制作的坐椅不仅功能将大大增加，而且也将增加舒适程度。加舒适程度。使用毫微塑料能改变椅座面的柔韧性和弹性，也可以形成使用毫微塑料能改变椅座面的柔韧性和弹性，也可以形成各种型式的椅座面。各种型式的椅座面。毫微塑料可以形成所需的任何图案或结构，还能改变座椅毫微塑料可以形成所需的任何图案或结构，还能改变座椅本身的结构。本身的结构。由于不同年龄段的人对温度舒适性的要求有很大区别，座由于不同年龄段的人对温度舒适性的要求有很大区别，座椅还可以随心所欲地升温和降温，甚至对人们喜爱的舒适椅还可以随心所欲地升温和降温，甚至对人们喜爱的舒适温度具有记忆功能。温度具有记忆功能。.110与现代医学相联系的智能材
47、料与现代医学相联系的智能材料.111医疗方面医疗方面 智能材料和结构可用来制造无需马达控制并有触觉响应的假肢。这些假肢可模仿人体肌肉的平滑运 动，利用其可控的形状回复作用力，灵巧地抓起易碎物体，如盛满水的纸杯等。药物自动投放系统也是智能材料一显身手的领地。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岛素小球，注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模拟胰细胞工作。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
48、会始终保持在正常的水平上。.112（1）人造肌肉）人造肌肉 生物弹性材料能模拟活体生物，而且其力量生物弹性材料能模拟活体生物，而且其力量 和反应速度均接近于人体的肌肉。和反应速度均接近于人体的肌肉。生物弹性材料可以应用于人体组织的修复，生物弹性材料可以应用于人体组织的修复，具有与生物体的相容性，随着伤口的愈合，具有与生物体的相容性，随着伤口的愈合，这种聚合物就会在体内逐渐降解，最后将会这种聚合物就会在体内逐渐降解，最后将会 消失。消失。.113（2）人造皮肤）人造皮肤意大利比萨大学的科研人员为了使机器人与意大利比萨大学的科研人员为了使机器人与 真人更接近，让它的皮肤具有感觉功能，研真人更接近，
49、让它的皮肤具有感觉功能，研 制成功一种人造皮肤智能材料。制成功一种人造皮肤智能材料。材料可以感知温度、热流的变化以及各种应材料可以感知温度、热流的变化以及各种应 力的大小，并且有良好的空间分辨力。力的大小，并且有良好的空间分辨力。这种智能材料还可以分辨表面状况，例如，这种智能材料还可以分辨表面状况，例如，粗糙度、摩擦力等。粗糙度、摩擦力等。.114（3）在药物自动投入系统上的应用）在药物自动投入系统上的应用 科学家正在研制一种能科学家正在研制一种能根据血液中的葡萄糖根据血液中的葡萄糖 浓度而扩张收缩的聚合物浓度而扩张收缩的聚合物，这种聚合物可制，这种聚合物可制 成人造胰细胞，将它注入糖尿病患者
50、的血液成人造胰细胞，将它注入糖尿病患者的血液 中，小球就可模拟胰细胞工作，使病人的血中，小球就可模拟胰细胞工作，使病人的血 糖浓度始终保持在平常的水平上。糖浓度始终保持在平常的水平上。.115（4）智能材料的两种抗癌应用 、如图一种有效的抗癌药物胶囊，即药物“导弹”。图中的疏水性药物载体形成了“导弹”的疏水内核，而亲水性部分则在内核周围形成了一个水化物外壳。所形成的这种高分子聚合物胶囊是一种智能型药物载体，它能自动避免被机体内单核吞噬细胞捕获而有效的到达癌细胞所在地。.116、90年代后期，研制出用对电磁场敏感的铁氧体包覆Ti-Ni形状记忆合金丝制成了癌症温热疗法用针。首先，通过导管将这种针植
