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1、智能材料的开发与应用/魏凤春等375*智能材料的开发与应用1121魏凤春,张恒,张晓,贺跃进(1郑州大学机械工程学院,郑州450052;2河南省交通厅公路工程局,郑州450000)摘要智能材料是一种能感知外界环境变化并自动改变自身特性以适应该变化,可实现自诊断、自调节、自适应、自修复等功能的新型复合材料。介绍了智能材料的基本构成、工作原理和分类,概述了其应用,探讨了其研究价值和广阔的发展应用前景。关键词智能材料传感器应用TheApplicationandDevelopmentofIntelligentMa
2、terials1121WEIFengchun,ZHANGHeng,ZHANGXiao,HEYuejin(1SchoolofMechanicalEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450052;2BureauofHighwayEngineering,TrafficOffice,Zhengzhou450000)AbstractTheintelligentmaterialisanewkindofcompositematerialthatcansensetheexternalchange
3、sofenvironmentandautomaticallyalteritsownpropertiestoadapttothesechanges.Atthesametime,ithasselfdiagnostic,selfregulative,selfadaptiveandselfhealingfunctions.Thisarticleintroducesthebasicstructure,theoryofoperationandsortsandsummarizesitsapplications,italsodiscus
4、sesthevalueofstudyandthewidedevelopingprospectoftheintelligentmaterial.Keywordsintelligentmaterial,sensor,application(3)驱动材料0引言因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力,所智能材料又称机敏材料,其构想来源于仿生。不同于结构以它担负着响应和控制的任务。常用驱动材料有形状记忆材材料和功能材料,智能材料能通过自身的感知而获取外界信息,料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。作出判断和处理,发出指令,继
5、而调整自身的状态以适应外界环(4)其它功能材料境的变化,从而实现自检测、自诊断、自调节、自适应、自修复等包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。类似于生物系统的各种特殊功能。但是现有的材料一般比较单(5)信息处理器一,难以满足智能材料的要求,所以智能材料一般由2种或2种信息处理器是核心部分,它对传感器输出信号进行判断处以上的材料复合构成一个智能材料系统。随着现代材料科学、理。图1所示为智能材料的基本构成和工作原理。微电子技术和计算机技术的快速发展,智能材料在许多领域已引起人们的兴趣并展现出广阔诱人的发展前景。1智能材料的基本构
6、成和工作原理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4部分组成[1]。(1)基体材料基体材料担负着承载的作用,一般宜选用轻质材料。高分子材料重量轻、耐腐蚀,具有粘弹性的非线性特征而成为首选,图1智能复合材料工作原理其次也可选用金属材料,以轻质有色合金为主。2智能材料的分类(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可用于智能材料的材料种类在不断扩大,因此智能材料的(包括压力、应力、温度、电磁场、pH值等)。常用敏感材料如形分类方法很多。一般若按功能来分可以分为光导纤维、形状记状记忆材料、压电材料
7、、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材忆合金、压电、电流变体和电(磁)致伸缩材料等。若按来源来料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。分,可以分为金属系智能材料、无机非金属系智能材料和高分子*国家自然科学基金项目(批准号:10472106)魏凤春:女,1977年生,硕士生,主要从事智能复合材料的研究Tel:037167767857Email:weifengchun@gs.zzu.edu.cn376材料导报2006年5月第20卷专辑Ⅵ系智能材料。金属系智能材料目前所研究开发的主要有形状记性,应用最为广泛的是NiTi合
8、金。美国应用SMA制成了夹心忆合金和形状记忆复合材料两大类;无机非金属系智能材料在结构树脂基复合材料用于柔性机翼。该机翼在各种飞行速度电流变体、压电陶瓷、光致变色和电致变色材料等方面发展较下可自动保持最佳翼型,提高飞行效率,并可自
