智能材料课件讲义

智能材料课件讲义1学习要点 智能材料的发展史智能材料的发展史 智能材料的智能材料的认识认识 智能材料的分类及用途智能材料的分类及用途 高分子智能材料高分子智能材料 智能材料未来的发展智能材料未来的发展学习要点 智能材料的发展史2一一、智能材料的首次试验是在、智能材料的首次试验是在2020世纪世纪7070年代，由美年代，由美 国弗吉尼亚理工大学和州立大学的国弗吉尼亚理工大学和州立大学的ClausClaus等人将光纤埋入碳纤维增强复等人将光纤埋入碳纤维增强复合材料中，使材料具有感知应力和断裂损伤的能力。当时叫做自适应合材料中，使材料具有感知应力和断裂损伤的能力。当时叫做自适应材料。材料。二二、从、从19851985年开始，在年开始，在RogersRogers和和ClausClaus等人的深入研究下，智能材料逐渐等人的深入研究下，智能材料逐渐受到世界各国研究者的重视。受到世界各国研究者的重视。三三、1988 年9 月,美国弗吉尼亚州立大学和工学院召开关于“机敏材料结构和数学问题”学术讨论会智能材料课件讲义3四、智能材料（四、智能材料（四、智能材料（四、智能材料（Intelligent materialIntelligent materialIntelligent materialIntelligent material）的构想来源于仿生）的构想来源于仿生）的构想来源于仿生）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（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使（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），它的目标就是想用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），它的目标就是想用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），它的目标就是想用的工具，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研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活活活活”的材料。这就使得智能材料的设计、制造、加工和的材料。这就使得智能材料的设计、制造、加工和的材料。这就使得智能材料的设计、制造、加工和的材料。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，使智能材性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材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。料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。五、智能材料（五、智能材料（五、智能材料（五、智能材料（Intelligent materialIntelligent materialIntelligent materialIntelligent material）是继天然材料、合）是继天然材料、合）是继天然材料、合）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，是现代成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代成高分子材料、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高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的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发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐发展，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、渐消失，实现结构功能化、渐消失，实现结构功能化、渐消失，实现结构功能化、功能多样化功能多样化功能多样化功能多样化。四、智能材料（Intelligent material）的构4智能材料的认识定义：智能材料是指具有感知环境(包括内环境和外环境)的刺激，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智能特征性的材料。内涵：(1)(1)具有感知功能，能具有感知功能，能够检测并且可以并且可以识别外界外界(或者内或者内部部)的刺激的刺激强度，如度，如电，光，光，热，应力，力，应变，化学，核，化学，核辐射射等；等；(2)(2)具有具有驱动功能，能功能，能够响响应外界外界变化；化；(3)(3)能能够按照按照设定的方式定的方式选择和控制响和控制响应；(4)(4)反反应比比较灵敏灵敏,及及时和恰当；和恰当；(5)(5)当外部刺激消除后当外部刺激消除后,能能够迅速恢复到迅速恢复到原始状原始状态。智能材料的认识定义：智能材料是指具有感知环境(包括内环境和5智能材料的用途用途：生活用品、建筑业、航天、医疗、军事等等智能材料的用途6生活用品方面 1 智能背心发热源分布于背部发热源分布于背部及胸部两侧及胸部两侧 生物热能纤维为发生物热能纤维为发热体热体远红外线功能远红外线功能 微电脑芯片控制器微电脑芯片控制器 锂电池供热锂电池供热 生活用品方面 1 智能背心7 2 智能卫生间智能卫生间调节控制水温、水速和水流的状态 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。淋浴设备只要和多功能砖相连接，上下水、水温和水流都能通过电脑得到自动控制和调节。马桶上安装体检装置，通过电脑分析数据显示上厕所人的健康状况 2 智能卫生间调节控制水温、水速和水流的状态 8建筑业方面能自诊其“健康”状况，并能自行“医治疾病”的材料。例：英国科学家两种“自愈合”纤维。多功能砖块功能膜毫微塑料座椅 生物发光树建筑业方面能自诊其“健康”状况，并能自行“医治疾病”的材料9航天业方面 智能机翼飞机。例：挪威的智能机翼飞机。例：挪威的F-14F-14雄猫飞机和雄猫飞机和B-1B-1超音速轰炸机超音速轰炸机 智能涂料智能涂料 航天业方面 10医疗假肢 人造胰细胞 医疗11军事智能蒙皮 结构监测和寿命预测 减振降噪 军事智能蒙皮 12各个方面的应用各个方面的应用13高分子智能材料高分子智能材料是通过有 机和合成的方法，使无生 命的有机小分子材料通过 各类反应形成相对分子质 量较大的并且具有了特定 “感觉”和“知觉”的新型材料。高分子智能材料高分子智能材料是通过有14其他方面实用材料智能液晶材料智能高分子复合材料高分子薄膜荷电型超滤膜接枝型智能膜聚电解质配合物膜其他方面实用智能智能高分子薄膜荷电型接枝型聚电解质15智能材料D30英国一位叫理查德帕默的工程师，发明了一种神奇的高分子智能材料，并把它命名为“D30”它能硬能软，还能随意变形。近日，这种材料还引起了英国政府的兴趣并打算运用于英国国防事业。智能材料D30英国一位叫理查德帕默的工程师，发明了一种神奇16环境污染检测IPCCA 在非干扰电解质 中衍射波长随Pb2+浓 度的增加而单调增大。浓度为20mol/L的 Pb(CH3COO)2产生的 IPCCA衍射位移易被肉 眼所观察。环境污染检测IPCCA 在非干扰电解质17临床医药应用右图为125m 厚的智能聚合结晶胶体阵列葡萄糖传感器示意图。由图见：吸收光谱吸光度与葡萄糖浓度息息相关。运用这一特性可将此高分子智能材料运用于临床诊断临床医药应用右图为125m 厚的智能聚合结晶胶体阵列葡萄糖18人工关节人造关节接骨 TiNi合金金属骨骼人工关节人造关节接骨 19心脏修补元件心脏压力传感示意图 心脏供电系统心脏修补元件心脏压力传感示意图 20人造肾脏 人造肾脏应用实例 人造肾脏示意图人造肾脏 人造肾脏应用实例 21智能材料未来的发展材料是人类进步的阶梯，在未来的发展中，人们材料是人类进步的阶梯，在未来的发展中，人们会根据自身的需要研发出更多具有特殊作用和用会根据自身的需要研发出更多具有特殊作用和用途的新型材料。途的新型材料。智能材料未来的发展材料是人类进步的阶梯，在未来的发展中，人们22智能材料课件讲义23