仿生智能材料
第一章绪论
1、基本概念
仿生学概念：人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。人类很早就认识到生物具有许多超出人类自身的功能和特性。对生物的结构、形态、功能和行为等进行研究，我们就会从自然中获得解决问题的智慧和灵感。生物材料：通常有两个定义，一是有生命过程形成的材料，如结构蛋白（蚕丝等）和生物矿物（骨、牙、贝壳等），另一个是指生物医用材料(Biomedical materials),其定义随医用材料的发展不断发展，指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。仿生材料（Bio-inspired）：受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材料。
材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。智能材料：具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的类似生物智能特征的材料。
2、智能材料的特征
具体地说，智能材料具备下列智能特性：
(1)具有感知功能，可探测并识别外界（或内部）的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等；
2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应；
(3)具有对环境变化作出响应及执行的功能；
(4)反应灵敏、恰当；
(5)外部刺激条件消除后能迅速回复
智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。
3、智能材料的构成
智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。它不是传统的单一均质材料，而是一种复杂的智能材料系统。
基体材料首选高分子材料，因为质量轻，耐腐蚀；其次也可选金属材料，以轻质有色合金为主。
敏感材料担负传感的任务，其主要作用是感知环境的变化（温度、湿度、压力、pH值等）。
常用的敏感材料有形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。
在一定条件下，驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负响应和控制的任务。常用的驱动材料有形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料等可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用
4、智能材料的应用
（1）用于航空、航天飞行器：例：采用光纤传感器阵列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载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测；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、陨石撞击或其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实施自诊断。（2）用于建筑、工程结构：例：可以利用形状记忆合金材料对应变敏感、电阻率大及加热后可以产生大回复力的特点，将记忆材料埋植在各种结构中，再配上微处理器，使之集传感驱动于一体，便构成自动探测裂纹或损伤和主动控制裂纹
扩展的完整控制系统。
（3）用于日常生活：例：通用汽车已经在进行将智能材料应用在其未来汽车产品中的研发工作。这些非常“聪明”的材料能够随着温度、压力、磁场和电压等条件的不同变化，而相应改变自身的密度、硬度，甚至外形。
2、自然界生物材料的微观结构有什么共同的特点？
第 2 章自然界的几种生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料
1、几个基本概念
接触角：固液界面的水平线与气液界面在三相交点O 的切线之间的夹角θ。 (沿气液界面做切线，该切线与固体间的夹角）
滚动角概念及意义：概念：一定重量的液滴在一固体表面开始移动所需的临界倾斜角。意义：
结构色：依靠自然光与波长尺度相似的微结构的相互作用而产生颜色。
光子晶体:指能够影响光子运动的规则光学结构，这种影响类似于半导体晶体对于电子行为的影响
2、植物叶表面的自清洁性
粗糙结构—荷叶效应
荷叶粗糙表面上有微米结构的乳突，平均直径为5-9um，单个乳突又是由平均直径约为124.3nm的纳米结构分支组成，乳突之间的表面同样存在纳米结构。
在荷叶表面微米结构的乳突上还存在纳米结构，这种微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是引起表面超疏水的根本原因，而且，如此所产生的超疏水表面具有较大的接触角及较小的滚动角。另外，在荷叶的下一层表面同样可以发现纳米结构，它可以有效的阻止荷叶的下层被润湿。
由于微、纳米结构并存，大量空气储存在这些微小的凹凸之间，水珠只与荷叶表面乳突的部分蜡质晶体绒毛相接触。
3、影响固体表面润湿性的主要因素有哪两个?
表面自由能：恒温恒压下，液体或固体表面的分子与它们处于内部时相比所具有的自由能过剩值。
高能表面：每平方米几百至几千毫焦，如金属及其氧化物、硫化物、无机盐等低能表面：每平方米二十五至一百毫焦，如有机固体、聚合物等
润湿：一种流体从固体表面置换另一种流体的过程，最常见的是固体的气固界面被液固界面所取代的过程。
固体的表面自由能越大，越易被一些液体所润湿。
如何构筑特殊浸润性表面？
》仅通过表面化学组成很难获得大于120的接触角
》有着阶层结构的表面能够使任何材料构成的表面变得不可润湿，即在亲水材料表面构筑阶层结构也可能得到疏水表面粗糙结构可使亲水表面更亲水，疏水表面更疏水。
4、蛋白石的颜色是怎样形成的？
蛋白石是由二氧化硅纳米球(nano-sphere)沉积形成的矿物，其色彩缤纷的外观与色素无关，而是因为它几何结构上的周期性使它具有光子能带结构，随着能隙
位置不同，反射光的颜色也跟着变化；换言之，是光能隙在玩变色把戏。
5、超亲水/超疏水智能响应性表面可能应用于哪些领域？
例：在玻璃基底沉积TiO2薄膜,具有微纳米级的复合结构,表面含大量的乳状突起. 经辛基三甲氧基硅烷表面修饰后,静态接触角164度,滚动角4度
例：具有浸润、变色双功能的“光开关”氧化钨薄膜
采用电化学沉积制备纳米结构的氧化钨薄膜。该薄膜交替地暴露在紫外光和黑暗中，有效地实现了光致变色和光诱导浸润/去浸润两种开关性质的有效结合。第3 章智能高分子材料
1、几个基本概念
智能高分子材料：集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样具有智能属性的高分子材料。
形状记忆高分子：对通用高分子材料进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定（变形态）。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们便可逆地恢复至起始态。这类具有形状记忆效应特性的高分子材料
高分子凝胶：由于高分子化合物是一种三维网络立体结构，因此它不被溶剂溶解，但其亲溶剂的基团部分却可以被溶剂作用而使高分子溶胀。液体被高分子网络封闭在里面，失去了流动性，因此凝胶能象固体一样显示出一定的形状。
体积相转变（高分子凝胶的特点）：当外界条件发生微小变化时，凝胶体积会随之发生数倍或数十倍的变化，当达到并超过某临界区域时，甚至会发生不连续的突跃性可逆变化
智能高分子凝胶：是一类受外界环境微小的物理和化学刺激如温度、光、电场等，其自身性质就会发生明显改变的交联聚合物
2、高分子凝胶的特点及响应条件
热响应性：能响应温度变化而发生溶胀或收缩即体积相转变的凝胶。
电场响应：在电场刺激下，凝胶产生溶胀或收缩，并将电能转化为机械能。
磁场响应：在磁场刺激下，凝胶产生溶胀和收缩
光响应：由于光辐射而发生凝胶溶胀或收缩。
3、形状记忆高分子的类型及应用
根据实现记忆功能的条件不同，形状记忆高分子材料分为四种：
热致SMP：在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当再升温至某一特定响应温度时，制件能很快回复初始形状的聚合物。
广泛用于医疗卫生、体育运动、建筑、包装、汽车及科学实验等领域，如医用器械、泡沫塑料、座垫、光信息记录介质及报警器等。
电致SMP:是热致形状记忆功能高分子材料与具有导电性能物质（如导电炭黑、金属粉末及导电高分子等）的复合材料。该复合材料通过电流产生的热量使体系温度升高，致使形状回复，所以既具有导电性能，又具有良好的形状记忆功能主要用于电子通讯及仪器仪表等领域，如电子集束管、电磁屏蔽材料等。
光致SMP：是将某些特定的光致变色基团（PCG）引入高分子主链和侧链中，当受到紫外光照射时，PCG发生光异构化反应，使分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上表现为光致形变；光照停止时，PCG发生可逆的光异构化反应，
分子链的状态回复，材料也回复原状。
该材料用作印刷材料、光记录材料、"光驱动分子阀"和药物缓释剂等。
化学SMP:利用材料周围介质性质的变化来激发材料变形的形状回复。常见的化学感应方式有pH值变化、平衡离子置换、螯合反应、相转变反应和氧化还原反应等。
该材料用于蛋白质或酶的分离膜;“化学发动机"等特殊领域。
第4 章形状记忆材料
1、几个基本概念
形状记忆合金：Shape Memory Alloys，SMA是具有形状记忆效应的合金，在一定的外力作用下可以改变其形态(形状和体积)，但当温度升高到某一定值时，它又可完全恢复原来的形态。
形状记忆效应：将材料在一定条件下进行一定限度范围内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随即消失而回复到变形前的形状的现象
单程记忆效应：合金在高温下制成某种形状，在低温相时将其任意变形，再加热后可恢复变形前的形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
双程记忆效应：某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，即通过温度的升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象。
全程记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应（只能在富Ni的Ti-Ni合金中出现）。
2、形状记忆合金与热致型形状记忆高分子材料、形状记忆陶瓷之间的性能比较（1）SMA的形变量低，一般在10%以下，而SMP较高，形状记忆聚氨酯高于400%；
（2）SMP的形状恢复温度可通过化学方法调整，具体品种的形状记忆合金的形状恢复温度一般是固定的；
（3）SMP的形状恢复应力一般比较低，约为10-30，而SMA高于1471MPa；（4）SMA的重复形变次数可达到104数量级，而SMP仅稍高于5000次，故其耐疲劳性不理想；
（5）SMP仅有单程记忆功能。
（6）SMP的成本低。
3、形状记忆合金的类型及应用
应用：已发现的形状记忆合金种类很多，可以分为Ti-Ni系、铜系、铁系合金三大类。目前已实用化的形状记忆合金只有Ti-Ni系合金和铜系合金。
（1）工程应用：形状记忆合金在工程上的应用很多，最早的应用就是作各种结构件，如紧固件、连接件、密封垫等。另外，也可以用于一些控制元件，如一些与温度有关的传感及自动控制。
（2）医学应用：利用Ti-Ni合金与生物体良好的相容性，可制造医学上的凝血过滤器、脊椎矫正棒、骨折固定板等。利用合金的超弹性可代替不锈钢作齿形矫正用丝等。
(3)在宇航空间技术方面的应用：NiTi合金丝制作了宇宙空间站的面积几百平米的自展天线--先在地面上制成大面积的抛物线形或平面天线，折叠成一团，用飞船带到太空，温度转变，自展成原来的大面积和形状。
第5 章自修复自愈合材料
1、智能混凝土概念
在混凝土原有的组成基础上掺加复合智能型组分，使混凝土材料具有一定的自感知、自适应和损伤自修复等智能特性的多功能材料。
2、如何使混凝土具有智能特性？举例说明。
自诊断智能混凝土：具有压敏性和温敏性等性能。普通的混凝土材料本身并不具有自感应功能，但在混凝土基材中掺入部分导电相组分制成的复合混凝土可具备自感应性能。
目前常用的导电组分可分为三类:聚合物类、碳类和金属类，而最常用的是碳类和金属类。碳类导电组分包括石墨、碳纤维及碳黑;金属类材料则有金属微粉末、金属纤维、金属片、金属网等。
自修复智能混凝土：在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载干扰下，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
第6 章仿生工程材料
木材、竹子和贝壳珍珠层都是天然生物材料，具有优异的力学性能，人工合成的仿生材料可否具有同样的性能？为什么？
仿木年轮结构壳聚糖------新型的壳聚糖成型方法
以氢氧化钠梯度溶液通过膜渗透中和壳聚糖醋酸溶液，使壳聚糖原位沉析，自行组装成仿木年轮结构材料。通过改变凝固液中NaOH的质量分数可以调节材料中层状结构的层厚与层间距。力学性能测试表明该材料的抗弯强度高达96.8MPa。采用梯度渗透法制备的壳聚糖棒材不仅在形态上与树木的年轮相似，而且仿木年轮结构起到了提高材料力学性能的作用，使其更适合作为骨折内固定材料。
树木分叉结构的启示：分形树模型
纤维拔出的力和能量随分叉级数的增多和分叉角变大而增大。通过改变纤维的结构可以同时增加复合材料的强度和韧性。
基于竹子微观结构的柱状结构仿生设计：
用不同厚度的环状结构来模拟同一直径面内的维管束集合, 用圆环之间的小圆柱和小筋板来模拟基本组织的力学性能。在结构质量相同的前提下, 仿生型结构无论从强度还是刚度方面都有明显的提高。
用竹节状纤维增强树脂基复合材料的强度和韧性
沿连续的聚酰胺纤维平直纤维,相隔一定距离施加一机械挤压力,使纤维局部产生变形,成一个方向凹陷,而另一个方向凸出的形状。从该纤维的宏观形态来看,纤维扁平部分的形状类似于竹子的凸节,故称之为竹节状短纤维。凸节的存在可以增加纤维拔出阻力，提高纤维与基体之间的界面结合强度,也有利于纤维末端界面剪切应力的传递
贝壳珍珠层仿生结构材料的制备方法有两种：
一是软硬相交替叠层热压烧结；另一种是陶瓷叠层再浸入低熔点的金属液中固化成型。两种方法叠层的尺度都在微米以上，而实际的珍珠层是纳米级微组装结构。
智能材料及其发展
智能材料及其发展 1.材料的发展 材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或者其他产品的物质，是人类生活、生产的基础，是人类认识自然和改造自然的工具，与信息、能源并列为人类赖以生存、现代文明赖以发展的三大支柱。材料也是人类进化的标志之一，一种新材料的出现必将促进人类文明的发展和科技的进步，从人类出现，经历旧石器时代、新石器时代、青铜时代……，一直到21世纪，材料及材料科学的发展一直伴随着人类的文明的进步。在人类文明的进程中，材料大致经历了一下五个发展阶段。 1）利用纯天然材料的初级阶段：在远古时代人类只能利用纯天然材料（如石头、草木、野兽毛皮、甲骨、泥土等），也就是通常所说的旧石器时代。这一阶段人类只能对纯天然材料进行简单加工。 2）单纯利用火制造材料阶段：这一阶段跨越了新石器时代、青铜时代和铁器时代，它们风别已三大人造材料为象征，即陶、铜、铁。这一时期人类利用火来进行烧结、冶炼和加工，如利用天然陶土烧制陶、瓷、砖、瓦以及后来的玻璃、水泥等，从天然矿石中提炼铜、铁等金属。 3）利用物理和化学原理合成材料阶段：20世纪初，随着科学的发展和各种检测手段及仪器的出现，人类开始研究材料的化学组成、化学键、结构及合成方法，并以凝聚态物理、晶体物理、固体物理为基础研究材料组成、结构和性能之间的关系，并出现了材料科学。这一时期，人类利用一系列物理、化学原理、现象来创造新材料，这一时期出现的合成高分子材料与已有的金属材料、陶瓷材料（无机非金属材料）构成了现代材料的三大支柱。除此之外，人类还合成了一系列的合金材料和无机非金属材料，如超导材料、光纤材料、半导体材料等。 4）材料的复合化阶段：这一阶段以20世纪50年代金属陶瓷的出现为开端，人类开始使用新的物理、化学技术，根据需要制备出性能独特的材料。玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料以及抗菌材料都是这一阶段的杰出代表，它们都是为了适应高科技的发展和提高人类文明进步而产生的。 5）材料的智能化阶段：自然界的材料都具有自适应、自诊断、自修复的功能。如所有的动物和植物都能在没有受到毁灭性打击的情况下进行自诊断和修复。受大自然的启发，近三四十年的研发，一些人工材料已经具备了其中的部分功能，即我们所说的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等。但是从严格意义上将，目前研制成功的智能材料离理想的智能材料还有一定的距离。 材料科学的发展主要集中在以下几个方面：超纯化（从天然材料到复合材料）、量子化
智能材料
智能材料及其在医学领域的应用 目录 1、智能材料的概述 1.1智能材料的定义和基本特征........................................................ 1.2智能材料的构成............................................................................ 1.3智能材料的分类............................................................................ 1.4智能材料的制备............................................................................ 2、智能材料的应用领域 2.1智能材料的研究方向................................................................... 2.2智能材料在医学上的应用............................................................ 2.3智能材料在医疗方法中的应用....................................................
2.4智能材料在医学器械方面的应用................................................. 3、结束语.................................................................... 4、参考文献................................................................ 摘要本文综合评述了智能材料的研究、应用和进展。对智能材料与结构的概念进行了描述，全面总结了智能材料智能材料生物医药方面的应用, 探讨了智能材料光明的应用前景和发展趋势。 关键词智能材料；医学应用；发展 1智能材料的概述 1.1定义：智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。 基本特征：因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）
浅谈智能材料
浅谈智能材料 智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以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。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 具体来说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。 智能材料又可以称为敏感材料，其英文翻译也有若干种，常用的有Intelligent material、Intelligent material and structure、Smart material、Smart material and structure、Adaptive material and structure等。 为增加感性认识，现举一个简单的应用了智能材料的例子：某些太阳镜的镜片当中含有智能材料，这种智能材料能感知周围的光，并能够对光的强弱进行判断，当光强时，它就变暗，当光弱时，它就会变的透明。 作为一种新型材料，一般认为，智能材料由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成。这种材料可以自我发现故障，自我修复，并根据实际情况作出优化反应，发挥控制功能。智能材料可分为两大类： （1）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。 （2）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。
[方案]仿生智能材料
[方案]仿生智能材料 第一章绪论 1、基本概念 仿生学概念:人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。 人类很早就认识到生物具有许多超出人类自身的功能和特性。对生物的结构、形态、功能和行为等进行研究，我们就会从自然中获得解决问题的智慧和灵感。 生物材料:通常有两个定义，一是有生命过程形成的材料，如结构蛋白(蚕丝等)和生物矿物(骨、牙、贝壳等)，另一个是指生物医用材料(Biomedical materials), 其定义随医用材料的发展不断发展，指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。 仿生材料(Bio-inspired):受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材 料。 材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿 生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。 智能材料:具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、 判断，并采取一定的措施进行适度响应的类似生物智能特征的材料。 2、智能材料的特征 具体地说，智能材料具备下列智能特性: (1)具有感知功能，可探测并识别外 界(或内部)的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等; 2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应; (3)具有对环境变化作出响应及执行的功能; (4)反应灵敏、恰当;
(5)外部刺激条件消除后能迅速回复智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。 3、智能材料的构成 智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。它不是传统的单一均质材料，而是一种复杂的智能材料系统。 基体材料首选高分子材料，因为质量轻，耐腐蚀;其次也可选金属材料，以轻质有色合金为主。 敏感材料担负传感的任务，其主要作用是感知环境的变化(温度、湿度、压力、pH值等)。 常用的敏感材料有形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。在一定条件下，驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负响应和控制的任务。常用的驱动材料有形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料等 可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用 4、智能材料的应用 (1)用于航空、航天飞行器:例:采用光纤传感器阵列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载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测;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、陨石撞击或其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实施自诊断。 (2)用于建筑、工程结构:例:可以利用形状记忆合金材料对应变敏感、电阻率大及加热后可以产生大回复力的特点，将记忆材料埋植在各种结构中，再配上微处理器，使之集传感驱动于一体，便构成自动探测裂纹或损伤和主动控制裂纹扩展的完整控制系统。
仿生智能材料
第一章绪论 1、基本概念 仿生学概念：人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。人类很早就认识到生物具有许多超出人类自身的功能和特性。对生物的结构、形态、功能和行为等进行研究，我们就会从自然中获得解决问题的智慧和灵感。生物材料：通常有两个定义，一是有生命过程形成的材料，如结构蛋白（蚕丝等）和生物矿物（骨、牙、贝壳等），另一个是指生物医用材料(Biomedical materials),其定义随医用材料的发展不断发展，指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。仿生材料（Bio-inspired）：受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材料。 材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。智能材料：具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的类似生物智能特征的材料。 2、智能材料的特征 具体地说，智能材料具备下列智能特性： (1)具有感知功能，可探测并识别外界（或内部）的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等； 2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应； (3)具有对环境变化作出响应及执行的功能； (4)反应灵敏、恰当； (5)外部刺激条件消除后能迅速回复 智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。 3、智能材料的构成 智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。它不是传统的单一均质材料，而是一种复杂的智能材料系统。 基体材料首选高分子材料，因为质量轻，耐腐蚀；其次也可选金属材料，以轻质有色合金为主。 敏感材料担负传感的任务，其主要作用是感知环境的变化（温度、湿度、压力、pH值等）。 常用的敏感材料有形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。 在一定条件下，驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负响应和控制的任务。常用的驱动材料有形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料等可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用 4、智能材料的应用 （1）用于航空、航天飞行器：例：采用光纤传感器阵列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载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测；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、陨石撞击或其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实施自诊断。（2）用于建筑、工程结构：例：可以利用形状记忆合金材料对应变敏感、电阻率大及加热后可以产生大回复力的特点，将记忆材料埋植在各种结构中，再配上微处理器，使之集传感驱动于一体，便构成自动探测裂纹或损伤和主动控制裂纹
智能材料设计技术及应用研究进展_刘俊聪
智能材料设计技术及应用研究进展Design Technology and Application Advance of Intelligent Material 中国兵器工业集团第五三研究所 刘俊聪 王丹勇 李树虎 秦贞明 贾华敏 [摘要] 综述了智能材料的智能传感技术、智能驱动技术、智能控制技术3种关键设计技术，形状记忆材料、压电材料、智能高分子3种基础智能材料以及在船舶、电子、航空航天、土木工程等领域的应用进展，并对其未来技术发展进行了展望。 关键词:智能材料设计技术应用进展材料 [ABSTRACT] Three design technologies, for ex-ample, intelligent censoring technology, intelligent driving technology and intelligent controlling technology and three basic intelligent materials, for example, shape memory al-loy (SMA), piezoelectric material and intelligent polymers are summarized. And then its applications in boating, elec-trics, aerospace, civil engineering are introduced. Finally, the future development of intelligent materials’ design technology is prospected. Keywords: Intelligent material Design technol-ogy Application Advance Materials 20世纪80年代中期，人们提出了智能材料的概念，智能材料要求材料体系集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料[1]。目前的文献中智能材料也被称为机敏材料、机敏结构、自适应结构、智能材料、智能结构，这些概念至今在国内外的文献中没有统一的定论，关于“机敏”和“智能”，不少文献也进行了说明[2-3]。 智能材料是一种能够判断、处理从自身表层或内部获取的关于环境条件及变化的信息并做出反应、以改变自身结构与功能，使其很好地与外界协调的、具有自适应性的材料系统[4]。 智能材料的基础是功能材料，功能材料通常可分为两大类，一类被称为驱动材料，它可以根据温度、电场或磁场的变化来改变自身的形状、尺寸、位置、刚性、阻尼、内耗或结构等，因而对环境具有自适应性功能，可用来制成各种执行器；另一类被称为感知材料，它对来自外界或内部的刺激强度及变化（如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等）具有感知，可用来做成各种传感器， 同时具有敏感材料与驱动材料特征的材料，被称为机敏材料。 智能材料在通常情况下不是单一材料，而是由多种材料系统组元通过有机的、紧密或严格的科学组装的一体化系统，是敏感材料、驱动材料和控制材料（系统）的有机结合。智能材料在促进航空航天领域的快速发展方面发挥着愈来愈重要的作用。 1 智能材料设计关键技术 1.1 智能传感技术 智能传感技术是实现智能结构实时、在线和动态检测的基础，其中用于感受周围环境变化以实现传感的一类功能元件叫传感元件，它相当于人的神经系统，通过埋入或粘结于主题材料内部或表面的传感元件能够有效地将所感受的物理量（如力、声、光、电、磁、热等）的变化转换成另一种物理量（如电、光的变化），它是结构实现智能化的基础元件之一。智能结构中的传感元件应满足如下要求：（1）厚度薄，尺寸小，不影响结构外形；（2）与主体材料相容性好，埋入后对原结构强度影响小；（3）性能稳定可靠，传感信号覆盖面宽，电磁兼容性好，抗干扰能力强[5]。 传感元件犹如一种感应器，可以感知外界信息的变化，进而将信息记录并传给材料，同时发出感应。故而，智能传感技术是智能材料发展的一项重要技术。 1.2 智能驱动技术 驱动技术包括驱动元件、激励和控制方式等，是智能结构实现形状或力学性能自适应变化的核心问题，也是困扰结构自适应的一个“瓶颈”。其中，驱动元件是使结构自身适应其环境的一类功能元件，它像人的肌肉，可改变结构的形状、刚度、位置、固有频率、阻尼、摩擦阻力、流体流动速率、温度、电场及磁场等。驱动元件是自适应结构区别于普通结构的根本特征，也是自适应结构从初级形态走向高级形态的关键。对驱动元件的要求如下：（1）与主体材料相容性好，具有较高的结合强度；（2）本身具有较好的机械性能，如弹性模量大、静强度和疲劳强度高、抗冲击等；（3）频率响应宽，响应速度快，激励后的变形量和驱动力大，且易于控制[5]。
--仿生智能材料作业 期末作业
1.智能材料有哪些特征？ 因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。 （2）反馈功能（Feedback）可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。 （3）信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。（4）响应功能能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。 （5）自诊断能力（Self-diagnosis）能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。 （6）自修复能力（Self-recovery）能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。 （7）自调节能力（Self-adjusting）对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。 2.水蝇为什么能在水上行走？ 水蝇腿部上有数千根按同一方向排列的多层的刚毛。直径大约在80-100微米之间，而这些像针一样的刚毛直径不足3微米，水蝇是利用腿部特殊结构，将空气吸附在这些同一方向的刚毛缝隙内，在刚毛表面形成一层稳定的气膜，阻碍了水滴的浸润，正是这种超强的负载能力使得水蝇在水面上行动自如，即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。 此外，水蝇足的附节上，生长着一排排不沾水的毛，所以，与足接触的那部分水面会下凹，但它的足尖不会冲破表面张力。水蝇长有三对足，三对足的分工也很明确，前足用来捕食，中足用来划分和跳跃，后足用来在水面滑行，这样它就可以在水面上自由自在的行动了。 3.蝴蝶翅膀的斑斓色彩是如何产生的？ 蝴蝶的色彩是由鳞片上的色素色和结构色两者混合而成的。色素色又叫化学色，其颜色是由附着在鳞片表面的色素颗粒决定的。当色素颗粒的化学性质在改变时，色素就会因氧化或还原等化学作用变淡，甚至完全消失。结构色也叫物理色，物理色是由于光照射在蝶体鳞片的不同结构上时，发生反射、折射所形成的。这种物理色不会受化学因素的影响而改变色泽，所以，它是一种永久性的颜色。在不同的光照角度或不同的光源下，鳞片便会产生不同的光芒和色彩。当色素色和结构色混合在一起时，就更使蝴蝶翅膀上的颜色和斑纹美丽耀目了。
智能材料研究进展(毕业论文doc)
智能材料研究进展 摘要 智能材料是一门多门类、多学科交叉的科学，与物理学、材料力学、电子学、化学、仿生学、生命科学、控制理论、人工智能、信息技术、生物技术、计算机技术、材料合成与加工等诸多的前沿科学及高新技术戚戚相关、紧紧相连。因此，它一旦有所突破，便会导致众多学科的理论创新和许多领域的技术变革，大大地推动国家科学技术的进步和综合实力的提高。智能材料具有十分重要的现实用途和极为广阔的应用前景。从高精尖的宇宙探索，到普通人的日常生活，智能材料都起着重要的作用。 未来社会发展的趋势是智能化。智能化的首要问题是大力发展智能材料，智能材料的研究是材料科学研究的重要方向。智能材料的本质特征是材料具有仿生功能，即材料能根据感受到的信息而自动判断、控制和调整以适应外界条件变化。 本文介绍了智能材料的概念、定义及智能材料的特征,阐述和评价了智能材料——形状记忆合金、电流变体材料、光致变色材料、电致变色材料、形状记忆复合材料和智能型药物释放体系等的种类、组成、特点、用途、研究现状与市场前景。重点论述了压电陶瓷材料的制造工艺、特点、性质、研究现状及市场前景等。论述了发展智能材料的战略意义，展望了它的发展前景。 关键词：智能材料，研究，应用，发展
DEVELOPMENT PROGRESS OF SMART MATERIALS ABSTRACT Smart materials is more than one categories, interdisciplinary science, and physics, mechanics, electronics, chemistry, bionics, life sciences, control theory, artificial intelligence, information technology, biotechnology, computer technology, materials synthesis and processing and many other leading edge science and very much related to high-tech, tightly linked. Therefore, once it has been a breakthrough, it will lead to many disciplines in many areas of theoretical innovation and technological change; greatly promote national scientific and technological progress and the improvement of overall strength. Smart materials is of great practical use and very broad application prospects. Explore the universe from the sophisticated to the daily lives of ordinary people, smart materials play an important role. The trends of coming society are intellectualization. The essential issue of intellectualization is to develop intelligent materials vigorously. The study of intelligent materials is a crucial direction of material science.The main characteristic of intelligent materials is bionics functions. That is, it can judge, control and adjust it automatically to adapt the change of the external environment according to accepting information. In this paper, the concept of smart materials, definitions, describes the characteristics of smart materials, intelligent materials described and evaluated - shape memory alloys, electrorheological materials, photochromic materials, electrochromic materials, shape memory composites and smart based drug delivery system, and the type, composition, characteristics, uses, current situation and market prospects. Focuses on the manufacturing process of piezoelectric ceramic materials, characteristics, nature, current situation and
智能材料综述
智能材料综述 机械工程学院09级机电班曹瑞珉 前言 当初对智能材材料感兴趣是因为这是一个逐渐兴起的和很快会成为主流的材料学分枝,感觉很神奇，和现实差距很大，心中有很多疑问，又觉得这种材料有很大的发展前途，便结合自己听课的内容及网上资料的查阅写下对智能材料的认识。我写这篇综述，一是为了扩展知识面，想要多了解一下有关的知识，二是为了锻炼自己写综述的能力，为以后的工作奠定基础。 1 概述 智能材料的构想来源于仿生学，它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以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。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 纵观材料发展，经历了单一型、复合型和杂化型，进而发展为异种材料间不分界的整体式融合型材料，最近几年兴起的智能材料是受集成电路技术的启迪而构思的三维组件式融合 性材料[图1]。它是通过在原子、分子及其团簇等微观、亚微观水平上进行材料结构设计和控制，赋予材料自感知（传感功能）判断、自结构（处理功能）和自指令（相应功能）等智能性。 由此可知，智能材料不同于以往的传统材料，它模仿生命系统，具有传感、处理和响应功能，而且较机敏材料（只能进行简单线性响应）更近于生命系统，它能根据环境条件的变化程度实现非线性响应已达到最佳适应效果。智能化概念实际上是把信息科学里德软件功能引入到材料、系统和新材料的产生，本文将就有关科学问题进行研讨，以期对这门必将在21世纪大放异彩的智能材料科学的发展有所裨益【1】。 2 定义 智能材料问世于80 年代末, 关于其定义至今尚无统一的定论。不过, 对以下提法, 学者们似乎不持异议。智能材料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,随后进行判断、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的具有
智能材料的应用和发展
智能材料的应用和发展 作者李万飞 指导教师郝洪荣 【内容摘要】智能材料是一种感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。本文（主要）介绍了智能材料的仿生构想，并重点介绍了智能金属材料、智能无机非金属材料、智能高分子材料、智能纤维、仿生工程材料的构成原理、应用领域和研究现状，并阐述了智能材料的战略意义，展望了它的发展前景,最后探讨了智能材料与材料科学的关系及其发展趋势。 【关键词】智能材料、仿生、智能纤维。 The Application And Development Of Intelligent Materials Content Abstract：The intelligent material is one kind of new Functional Materials that can sensation the exterior stimulation, judge and proper treate, also iself can be executed. This paper (main) introduced the intelligent material biological modelling conception, and key introduced the Constitution principle, application domain and present research situation of Intelligence metallic material , intelligent inorganic nonmetallic material, intelligent high polymer material, intelligent textile fiber, and the bionic engineering materials. Elaborated the strategic significance of smart materials and look forward to its future development. At last, dscussed the relationship between smart material and materials science and its development trend. Key Words: The Itelligent Mterial,、The bionic,、Intelligent Fiber .
仿生智能材料研究
浅识仿生智能材料 背景：材料的智能化是人类对材料的期望和要求，同时也是材料，特别是功能材料的必然发展趋势。 构思：多年来，受大自然中动、植物的启迪，人们一直怀着这样的梦想：为飞机、桥梁和一些关键结构设计出一种在发生灾难性事故之前就能够预感失事并发出警报的材料；能够自动加固、自动修补裂纹的材料；建造一种不用螺旋浆的隐形潜艇，它可以像鲸鱼一样游动而不会产生振动，以避开敌舰上声纳的搜索；在人体内植入一个能够按照医生预先设计的治疗方案对身体特定部位输送药物的生物导弹；发明一种特殊的墙纸，它能够“感觉”到室内的噪声并自动地使之消失；等等。对具有类似于生物智慧的上述种种新材料的构思和设想就是材料科学王国中的新成员———智能材料的雏型。 智能材料的特征 设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，因此智能材料系 统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。 （2）反馈功能（Feedback）可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。 （3）信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。 （4）响应功能能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。 （5）自诊断能力（Self -diag－nosis）能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。 （6）自修复能力（Self-recov－ery）能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。 （7）自调节能力（Self-adjust－ing）对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。 如果内容太多，可以把5,6,7直接写成同时还具有自我诊断能力、自我修复能力、自我调节能力。 一般来说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。 智能材料的仿生特点 具有仿生功能的智能材料和由它所构成的系统应具备以下四个要素： （1）含有附着的、埋入的或内在的传感器，它是智能材料的“神经元”，用以感知外界变化并收集外界信息。 （2）含有中央处理器，它是智能材料和结构的“大脑”，用它对传感器所收集到的外界信息进行分析、处理并发出适当的、适时的 动作指令。 （3）有附着的、埋入的或内在的执行器，它是智能材料的“肌肉”，其作用是根据中央处理器发出的反应指令进行相应的动作，因而也称之为动作器。 （4）拥有通信网络，它是智能材料和结构的“神经网络”，担负着传感器、执行器与中央处理器相互间的信息传输任务。 此外，智能材料和结构还应具有与人的骨架功能相类似的先进复合材料，用以支承、连接这
仿生智能材料论文
仿生智能材料论文
仿生智能材料 现在仿生智能材料的发展和研究是一个非常好的前景，人们所用的许多东西，所研究需要的性能都离不开动物机能的启发。然而在这次选修课上我也学到了许多平时学不到的知识，如今我的专业课就是材料科学与工程，更让我解到了仿生智能材料对各种物件和科研的重要性了。上课时间老师也让我们观看了许多视频资料，让我们也了解到，学到了许多东西。 比如，蜘蛛丝的仿生材料研究，也是人们最早开始研究并取得成功的仿生材料之一，就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。蜘蛛吐出的丝，人类很早以前就对其在研究，然而在最近几十年才知道，这些丝全部是由蛋白质构成的，具有温暖的触感和美丽的光泽。二十世纪以来，人们模仿蜘蛛吐丝和蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法。以后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等服用性能研制了许多新型纤维材料。这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功。另外人们对蜘蛛丝进行的研究，一直以来研究者们都很期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样的人造丝。 因此，生体高分子纤维因其固有的生体功能而被广泛应用于纺织、医学、生物等多个领域中，自二十世纪九十年代以来，又出现了许多仿生和超生高分子纤维材料，并将开发的热点转向高强轻质的新型纤维。蜘蛛因而具有许多天然纤维甚至高性能合成纤维无法比拟的优异力学性能，而成了国内外许多研究机构和学者关注的焦点。近年来，许多国外的学者在研究蜘蛛丝结构和性能的同时，借助于日益发展的生物技术，采用基因移植的方法研制了人工合成蜘蛛丝蛋白，并采用化学纤维纺丝的方法将其制成类蜘蛛丝，但由于性能上的缺陷、加工过程复杂、成本高等一些因素，仿蜘蛛丝尚未实现工业化生产。从材料科学的角度来看，纤维的性能取决于其大分子链结构和聚集态结构，探明纤维性能形成机理的根本在于：掌握其结构和性能间的本构关系。因此，要使蜘蛛丝的力学性能在人造生体高分子纤维上得到表达，研究其性能的结构机理和形成这种结构的方法原理是至关要的。 在非洲草原上老虎捕时，身体瞬间迸发发出的能量，和瞬间身体机能的改变。老虎不能长时间的奔跑，但是奔跑时的速度很快，加上从不正面出击，哪怕是对其危险性极小的狍子、梅花鹿、山羊等猎物，也都是从后面袭击。再者是近距离伏击。老虎攻击确定猎物时，往往是充分利用周围的植物，匍匐下身体，悄悄地靠近猎物；或者埋伏在猎物附近静悄悄地等待猎物靠近；无论是匍匐前进还是就近潜伏，老虎都选择正对猎物屁股那个方向悄然接近。其次是短线作战，老虎有点像股票市场的短线炒手，通常是在离猎物距离很短的时候才发动突然袭击，有点类似希特勒的闪电战，在猎物还在低头吃草的时候，在猎物措不及防的时候，在最短的距离里，以最强的瞬间爆发力，以最快的速度偷袭对手的屁股。等对手反应过来的时候，老虎的血盆大口已经紧紧咬住了其咽喉的位置，老虎的锋利爪子已经像钢钉一样扎进了其脊背两侧的肌肉里。老虎的速度、爆发力、耐力、绝对力量和爪牙都是最厉害的，即使是采取长距离奔袭和正面进攻，估计在地球上除了拥有猎枪的人类，老虎想捕杀任何猎物都不是件难事；然后老虎采取的却是近距离短线屁股后面的的偷袭策略。 在天空中飞翔的鸽子，经过研究科学家们用磁学理论来解释鸽子的定向能力。地球磁场在广大区城上随不同地点和方向而不同。从而可为鸽子提供位置信
智能材料的应用和发展
智能材料的应用和发展 作 李万飞 者 郝洪荣 指导教 师 【内容摘要】智能材料是一种感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。本文（主要）介绍了智能材料的仿生构想，并重点介绍了智能金属材料、智能无机非金属材料、智能高分子材料、智能纤维、仿生工程材料的构成原理、应用领域和研究现状，并阐述了智能材料的战略意义，展望了它的发展前景,最后探讨了智能材料及材料科学的关系及其发展趋势。 【关键词】智能材料、仿生、智能纤维。 The Application And Development Of Intelligent Materials Content Abstract：The intelligent material is one kind ofnew Functional Materials that can sensation the exterior stimulation,judge and proper treate, alsoiself can be executed. This paper (main) introduced the intelligent material biological modelling conception, and keyintroduced the Constitution principle, application domain and present research situation of
Intelligence metallic material , intelligent inorganic nonmetallic material, intelligent high polymer material, intelligent textile fiber, and the bionic engineering materials. Elaborated the strategic significance of smart materials and look forward to its future development. At last,dscussed the relationship between smart material and materials science and its development trend. Key Words:The Itelligent Mterial,、The bionic,、Intelligent Fiber . 一、智能材料 在这个新材料层出不穷的时代，智能材料也是独领风骚的一朵奇葩，是二十世纪九十年代迅速发展起来的一类新型复合材料。智能材料又可以称为敏感材料，其英文翻译也有若干种，常用的有Intelligent material，Intelligent material and structure，Smart material，Smart material and structure，Adaptive material and structure等。它的构想来源于仿生(仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等)，它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具
智能材料自我总结
第一章机敏材料与智能结构 一、智能材料的概念 智能材料结构又称机敏结构（Smart/Intelligent Materials and Structure)泛指将传感器和驱动器以及有关的信号处理和控制电路集成在材料结构中，通过机、热、光、化、电、磁等激励k控制，不仅具有承受载荷的能力，而且具有识别、分析、处理及控制等多种功能。能进行自诊断、自适应、自学习、自修理的材料结构 智能材料指的是那些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一结构系统，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。 二、智能材料的分类 1、将传感器集成在材料中构成被动机敏结构。能够监测自身的状态（损伤，变形，振动） 2、在被动机敏结构中集成驱动器就形成主动机敏结构（不仅能够感知，还能够修正自身满足多种要求） 3、主动机敏结构中引入以神经网络为基础的自学习系统，构成智能材料系统（具有广泛的适应性，学习经验等） 三、基础智能材料的研究 .1 形状记忆基础智能材料 .2 压电基础智能材料 .3 电/磁流变液基础智能材料
.4 磁致伸缩基础智能材料 .5 智能凝胶材料 .6 聚合物基“人工肌肉 .7 自组装基础智能材料 .8 光纤基础智能材料 四、国外研究特点： 1.十分重视对基本规律、特性、机理以及模拟计算方法等的研究，并且认为这是推进智能结构发展的关键。 2..基础研究与工程实际应用问题相结合，而且两者平行地进行 3.综合结构力学、控制、材料、计算机及试验技术等不同学科交叉进行研究。 五、应用前景 o 军事 智能蒙皮 减振降噪 自主飞行 监控 o 工程应用 结构健康监测和寿命预测 自诊断智能结构实时测量 汽车、船舶、土木工程和医学领域 o航空航天领域的应用、航空航天领域的应用
智能材料简介
智能材料简介 智能材料(Intelligent material)，是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。它是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。 智能材料的构想来源于仿生(仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等)，它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的"活"的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以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。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 智能材料的类别 （一）按材料基质的不同分类 (1)金属系智能材料主要种类：形状记忆合金、磁致伸缩材料等 (2)无机非金属系智能材料主要种类：电(磁)流变流体、压电陶瓷、光致变色和电致变色材料等光纤智能材料。 (3)高分子系智能材料主要种类刺激响应性高分子凝胶，智能高分子膜材，智能药物释放体系，智能纤维与织物等 (4)复合和杂化型智能材料构成智能材料的基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电(磁)流变液、磁致伸缩材料和智能高分子材料等。 （二）按材料的智能特性不同分类1、形状记忆合金；2、电流变体和磁流变体；3、磁致伸缩材料；4、压电陶瓷；5、电致伸缩陶瓷； 6、光纤智能材料； 7、光致变色玻璃； 8、电致变色材料； 下面从定义，分类，代表性材料，优缺点及应用简要介绍几种智能材料： 1.形状记忆材料 定义： 具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的材料称为形状记忆材料。例如，在高温时将处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态下经塑性变形成另