浅谈智能材料

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材料科学中的智能材料应用

材料科学中的智能材料应用

材料科学中的智能材料应用近年来,随着科学技术的不断进步,智能材料应用越来越广泛,成为材料科学领域中的热点话题。

智能材料具有感知、响应和控制等特殊功能,可以实现物理、化学、生物、机械等多种性质的调节,因此被广泛应用于当今科技领域,为人类提供了更多的便利和选择。

1. 智能材料的种类及特点智能材料大致可分为形状记忆材料、压电材料、电致变材料、磁致变材料、光致变材料和热致变材料等。

这些材料因其特有的性质受到了众多科研人员的青睐,并广泛应用于机器人、医用材料、智能化结构、传感器与执行器等领域。

以形状记忆材料为例,它的特点是可以在受到温度或应力等条件下产生可逆的形状变化。

这种变化可以让形状记忆材料从“记忆状态”变为“工作状态”,从而实现多种不同的机械结构。

通过这种形状记忆变化,材料具有了自主修复和自控功能。

2. 智能材料在医学领域的应用在医学领域中,智能材料的应用也是不可或缺的。

例如,智能药物控释系统就是一种智能材料的应用。

这种药物控释系统能够根据不同的生物环境发生变化,改变药物的释放速率,从而保证药物在体内的最佳治疗效果。

此外,智能材料还可以应用于医用器械中,如智能手术刀、智能假肢等。

智能手术刀可以通过对材料波长的控制,达到对不同物质的切割。

智能假肢则可以通过智能材料的形状记忆特性来实现手指的开合、足部的伸缩等运动。

3. 智能材料在建筑领域的应用智能材料的应用还可以推广到建筑领域中。

例如,光致变材料可以用于窗帘、遮阳等领域,因为它能够通过自身的反射或吸收特性控制光线的透过程度。

当室内光线太亮或太暗时,光致变材料可以通过光强的变化来自动调节光线的过滤,保证室内的光线舒适度。

此外,压电材料也可以用于构建智能化的建筑物。

采用压电材料来搭建建筑物,可以通过对电压的控制来改变建筑物的形态,从而适应不同的气候、环境等因素。

这种方法可以实现建筑物随意变形,并有利于保护建筑物。

4. 智能材料在电子设备领域的应用智能材料在电子设备领域中的应用也是十分广泛的。

浅谈智能材料的局限性及前景

浅谈智能材料的局限性及前景

浅谈智能材料的局限性及前景土木工程是以建筑施工和建筑结构为研究对象的重要学科。

在当今的时代,人们对于建筑的要求越来越高,从一开始的安全性与舒适性的有机结合,到安全舒适前提下的美观和环保,再到现在上述所有前提下的智能化是人们对建筑不断变化的高标准和高要求。

其中,智能化是随着科学技术发展越来越被人们重视和追求的建筑的特色。

具体到土木工程领域,智能体现在各种计算机技术的应用和各种智能材料的应用。

建筑的结构是固定的,建筑施工工程完工,建筑成型,除非外力干扰,其结构就稳定下来。

但是当结构出现问题时,很难以一种简单的方式去解决。

智能材料就能够解决这个难题。

一、智能材料概述智能材料的兴起和发展距今并没有太长时间,严格意义上来说对智能材料的研究兴起于上个世纪最后二十年,直到新世纪以后才有了长足的发展。

距今各国对智能材料也还处于研究的萌芽阶段,所以智能材料迄今并没有一个官方的统一的定义,我们这里可以将智能材料定义为具备智能特性的能够自主地对外部环境进行感知并且不断适应环境的高科技材料。

智能材料是建筑材料届最新的宠儿,成为了天然材料和合成材料之后的新一代的优秀材料。

智能材料具备天然材料和合成材料不具备的一些特点:它能够对周围环境进行感知,最常见的是对光、热、力的感知;它能够对周围环境的变化做出应对,随之变化;当周围的环境恢复到初始状态时,智能材料也能够恢复如初。

二、智能材料当前在土木工程中的应用由于土木工程正是对建筑结构进行研究的学科,所以智能材料在土木工程中的作用是极大的。

举例来说,运用智能材料能够对建筑本身的结构进行科学的检测。

运用传统的材料,要想对建筑的结构性能进行检测,必须要充分地运用外力,加入外部的很多信息。

在这种情况下,加入很多干扰的信息是无可避免的情况。

而运用智能材料能够从内部将检测结果传导给检测终端,不会受到外部的干扰,也更能够反应建筑的结构性能。

其实智能材料严格意义上来说并不是只有一种,我们上文中所说的智能材料的感知和反馈其实是两种智能材料的应用,能够感知刺激的材料我们称之为感知材料,而能够根据外部刺激做出反饋或者变化的我们称之为驱动材料。

智能材料的性质与应用

智能材料的性质与应用

智能材料的性质与应用智能材料是一种具有“智能性”的新材料,它能够根据环境或外界条件的变化,对其自身进行自主调节和适应,从而实现自身的智能化控制。

这些材料不仅具有普通材料的基本特性,还具有一些特殊的物理、化学、生物等性质,其研究与应用十分广泛。

一、智能材料的主要性质1.1 传感性智能材料具有较高的传感灵敏度,能够感应到环境和外界条件的变化,并以适当的方式作出反应。

这种感知能力可以实现在不断变化的环境和应用中,为材料注入更多的智能元素。

1.2 调节性智能材料能够自行根据环境或外界条件的变化,调整其自身的状态和性质。

比如,当环境温度升高时,部分智能材料可以缩短自身的长度或改变自身的形态,以适应温度变化。

1.3 反馈性智能材料可以在作出反应之后,进行反馈与修正,调整其变化的方向和幅度。

这种反馈性能使智能材料的应用更加灵活和准确。

1.4 记忆性一些智能材料具有记忆性,即可以记住其自身的形态和状态,并在特定的条件下恢复其原始状态。

这种特性可以在一些文化遗产、建筑、救援等领域得到广泛应用。

二、智能材料的应用2.1 建筑领域智能材料在建筑领域的应用非常广泛,比如具有自适应调光功能的玻璃、可变形的墙面材料等,它们可以自动感应太阳、天气等因素,调整室内的光照和温度。

此外,具有智能调温功能的材料也可以在节能和环保方面发挥重要作用。

2.2 航空航天领域智能材料在航空航天领域的应用也非常广泛,比如具有自恢复功能的纳米材料、智能感应装置、自适应控制系统等,可以提高飞行器的机动性能、安全性和节能性,推动航空航天科技的进步。

2.3 医疗领域智能材料在医疗领域的应用也越来越广泛,比如可降解的智能纳米材料、智能植入物、智能药物控制系统等,它们可以在治疗、诊断和预防疾病等方面起到重要作用。

2.4 智能家居领域智能材料在智能家居领域的应用也非常广泛,比如具有智能识别功能的器具、可调节室内温度和光照的材料等,可以实现自动控制、智能管理和节能降耗。

智能材料的应用与发展

智能材料的应用与发展

智能材料的应用与发展当今社会科技日新月异,智能材料作为一种材料新兴领域备受瞩目,因其在不同领域中的高应用价值和发展前景广阔而备受人们的关注。

本文将探究智能材料的概念、应用、发展和前景。

一、智能材料的概念智能材料,又称作“智能化材料”或者“功能材料”,是指那些在受到注入外部条件后,能够识别作出响应的特殊材料。

其特征在于强调了材料与信息的融合,即使是普通的材料,只要加以适当的处理后就能表现出智能的性质。

智能材料具有自适应性、自诊断性、自修复性等特点,智能材料能够适应外界环境的变化,及时进行反应。

举例子来说,智能玻璃是一种应用较为广泛的智能材料,其具有透明和不透明两种状态,可以随时自动调节透光度来达到节能的目的。

在建筑、汽车、航空等领域有着广泛应用。

二、智能材料的应用智能材料在生活中的应用十分广泛,可以应用于智能家居、智能交通、医疗、航空航天、工业自动化等各个领域。

1. 智能家居随着物联网的不断发展,智能家居成为智能材料的重要应用领域之一。

智能家居通过感知、识别、控制家庭环境的方式,实现了家庭设备、照明、音乐等设备的自动管理,大大提高了生活质量和智慧生活体验。

目前,智能家居中最广泛应用的智能材料是智能玻璃和智能墙纸。

2. 智能交通智能交通是指交通系统中通过信息化、感知式设备和流程管理等方式,提高交通安全性和效率的交通系统。

智能材料在智能交通中有着广泛的应用。

例如,智能交通中的车载电子系统需要使用机电系统、固态电子芯片等材料,而智能交通指挥中心中的调度系统则需要很多传感器和控制部件。

3. 医疗智能材料应用于医疗领域,可用于医疗器械、医疗设备、体内病灶检测等多个方面。

例如,在光学成像领域,光电材料和光学材料是非常重要的智能材料,与医学成像技术紧密关联;在医用制品中,纳米材料得到了广泛应用,并改善了制品的性能。

4. 航空航天智能材料在航空航天领域的应用,是为了提高飞机飞行、任务完成时间和功能能力。

智能材料的光电传感器和高产能合成材料,极大地促进了干扰、识别等方面的技术应用。

智能材料在智能穿戴设备中的应用探讨

智能材料在智能穿戴设备中的应用探讨

智能材料在智能穿戴设备中的应用探讨在当今科技飞速发展的时代,智能穿戴设备已经逐渐融入我们的日常生活。

从健身追踪手环到智能手表,从智能眼镜到虚拟现实头盔,这些设备不仅为我们提供了便捷的功能,还在不断改变着我们与世界互动的方式。

而智能材料的出现和应用,更是为智能穿戴设备的发展带来了新的突破和机遇。

智能材料,顾名思义,是一种能够感知外部环境刺激并做出相应响应的材料。

它们具有独特的性能,如形状记忆、自修复、变色、传感等,这些特性使得智能材料在智能穿戴设备中具有广泛的应用前景。

形状记忆材料是智能材料中的一大类。

这类材料能够在一定条件下记住其原始形状,并在受到特定刺激(如温度、电流等)时恢复到原始形状。

在智能穿戴设备中,形状记忆材料可以用于制造可调节的表带或腕带。

例如,当用户需要佩戴更紧或更松时,只需通过简单的加热或电流刺激,表带就能自动调整到合适的尺寸,提供更舒适的佩戴体验。

自修复材料也是智能穿戴设备中非常有前景的一种智能材料。

日常生活中,智能穿戴设备难免会受到刮擦、磨损等损伤。

自修复材料能够在受到损伤后自动修复,恢复其原有的性能和外观。

这不仅延长了设备的使用寿命,还减少了因设备损坏而产生的电子垃圾,对环境保护具有重要意义。

想象一下,你的智能手表屏幕不小心被划伤,但在短时间内划痕自动消失,屏幕恢复如初,这将是多么令人惊喜的体验。

变色材料在智能穿戴设备中的应用也十分有趣。

这些材料可以根据温度、光线、电压等外部因素改变颜色。

例如,一款智能手环可以根据佩戴者的体温变化显示不同的颜色,从而直观地反映出身体的健康状况。

或者,智能眼镜的镜片可以根据光线强度自动调节颜色,起到保护眼睛的作用。

此外,变色材料还可以为智能穿戴设备增添时尚元素,满足用户对于个性化和美观的需求。

传感材料在智能穿戴设备中起着至关重要的作用。

它们能够感知各种物理量,如压力、应变、湿度等,并将其转化为电信号。

通过集成传感材料,智能穿戴设备可以实时监测人体的生理参数,如心率、血压、血糖等。

材料科学中的智能材料及其应用研究

材料科学中的智能材料及其应用研究

材料科学中的智能材料及其应用研究智能材料是近年来材料科学领域的新兴研究领域,其具有“自我感知、自我判断、自我响应和自我控制”等特征,可广泛应用于智能传感、人工智能、生物医学等领域。

本文将对智能材料的概念、类型、应用及其发展前景作简要介绍。

一、智能材料的概念智能材料是指对外界刺激敏感,并能根据刺激作出自我响应的材料。

这种自我响应能力通常由材料内部结构重新排列、变形、表面改变等方式实现。

智能材料的研究是为了实现智能电子、智能结构或自适应系统等新技术。

智能材料可分为有机智能材料和无机智能材料两种。

有机智能材料以高分子材料为基础,近年来备受关注并取得了很多研究成果。

无机智能材料中,形状记忆合金、压电陶瓷等应用较为广泛。

二、智能材料的类型常见的智能材料包括形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料、电致发光材料、电致变色材料等。

下面分别介绍这些材料的特点和应用。

1.形状记忆合金形状记忆合金是一种特殊金属合金,在一定条件下能够记住原始形状,在受到一些外界的刺激而发生形变之后恢复成原始的形状。

这种记忆性和形变能力直接取决于材料的组成。

应用领域:形状记忆合金可应用于汽车、飞机、轨道交通等领域,如镁合金贮氢罐和空调膜片、智能阀门等领域。

2.压电材料压电材料是指施加电场或压力,可以在材料中产生电势差的材料。

压电效应是指材料受到力或压力时,能够产生正负极性变化的效应。

应用领域:压电材料被广泛应用于超声诊断设备、压电陶瓷电动机、超时差器、光电子器件、光电通信器件等领域。

3.磁致伸缩材料磁致伸缩材料是指在磁场的作用下发生变形的材料。

这种材料的本质是磁形状记忆材料,其理论基础是贝尔c效应。

应用领域:磁致伸缩材料可应用于无线充电、高效换热器、电磁振荡器以及人工晶体等领域。

4.电致发光材料电致发光材料即LED液晶电视的液晶之中加入一个材料,使得液晶能够发光。

这类 LED液晶电视基于电致发光材料的电致发光效应,使得电视屏幕的清晰度和亮度都得到了提高。

智能材料的研究和应用

智能材料的研究和应用

智能材料的研究和应用随着生产和科技的发展,新材料的研究和开发一直是人类关注的重要领域。

其中,智能材料作为新兴的材料类型,在最近的几年里引起了越来越多的注意。

简单来说,智能材料是指一些材料,它们展现出一些非常特殊的性质,比如说自我修复、自适应和响应外界刺激等。

目前,这些材料已经广泛应用于许多领域,包括航空航天、汽车工业、电子技术、机器人和医疗与生物工程等。

一、智能材料的应用智能材料最大的优势就是其在应用中所展现的高度智能化。

比如说,智能材料能够自适应环境,根据外界的作用力来调节其形状和特性。

因此,这些材料被广泛用于制造航空器和汽车零件。

特别是在航空航天领域,智能材料的应用广泛,不仅可以减小飞机和导弹的机身重量,还能够提高机身的耐久性和机动性。

另外,智能材料还应用于高科技电子设备中。

近年来,智能材料技术的应用使得生产具有更强响应能力和智能性的器件成为可能。

这些器件能够自我感应和响应,同时还能够用于制造更加高效的传感器和控制系统。

智能材料对于机器人制造也有着非常重要的应用价值。

事实上,机器人作为一个系统就需要能够自动感应和响应,才能够更好地完成任务。

智能材料可以用来制造机器人的身体和关节,使机器人能够根据外界环境和任务要求进行形态和动态的变化。

在这方面,智能材料具有非常广泛的应用。

智能材料在医疗科学和生物工程中也得到了广泛的应用。

通过智能材料的应用,可以实现更加精细化的医疗治疗和疾病监测。

例如,可以利用智能材料制造出一些具有自我修复能力的植入物,用来替代心脏和骨骼等人体组织。

此外,智能材料还可以用于细胞培养和基因工程等领域中。

二、智能材料的核心技术智能材料的应用是建立在相关核心技术的基础上的。

目前,对于智能材料技术的研究主要围绕材料创新和科技的创新展开。

具体来说,以下几个方面是智能材料技术研究的核心:(1)材料制备:目前,智能材料的制备最大的难点就在于如何合成出具有自主性的高分子材料。

因为这些高分子材料要求具有自我组装和有序性。

智能制造中的智能材料和新材料应用研究

智能制造中的智能材料和新材料应用研究

智能制造中的智能材料和新材料应用研究智能制造作为当今制造业的重要发展方向,旨在通过引入先进的技术和材料,提高生产效率和产品质量。

在智能制造中,智能材料和新材料的应用研究扮演着重要的角色。

本文将探讨智能材料和新材料在智能制造中的应用,并分析其对制造业的影响。

一、智能材料的定义与特点智能材料是指能够对外界环境作出适应性响应的材料。

它们具有感知、记忆、反应和控制等功能,能够根据环境的变化自主地改变其物理、化学和力学性质。

智能材料的特点在于其自适应性、自修复性和自感知性,使其在智能制造中具有广泛的应用前景。

二、智能材料在智能制造中的应用1. 传感器和执行器材料智能材料中的传感器和执行器能够感知和响应外界环境的变化。

在智能制造中,传感器可以实时监测生产过程中的温度、压力、湿度等参数,并将数据传输给控制系统进行实时调整。

执行器则能够根据控制系统的指令,改变其形状和性质,实现自动化生产。

2. 智能涂层材料智能涂层材料是一种能够根据环境条件改变其表面性质的材料。

它们可以根据温度、湿度或光照等因素的变化,改变其表面的粗糙度、颜色或透明度,实现防腐、防污、保温和节能等功能。

在智能制造中,智能涂层材料可以应用于机械零件、建筑材料和电子产品等领域,提高产品的性能和附加值。

3. 智能纤维材料智能纤维材料具有形状记忆和自修复等特性。

它们可以根据外界条件的变化,自动调整其形状和性质,实现自适应和自愈合功能。

在智能制造中,智能纤维材料可以应用于纺织品、医疗器械和航空航天等领域,提高产品的舒适性、功能性和耐久性。

三、新材料在智能制造中的应用新材料是指在传统材料基础上,通过新的制备工艺和改性方法,获得的具有新的性能和功能的材料。

新材料在智能制造中的应用主要体现在以下几个方面:1. 轻量化材料轻量化材料是指具有较低密度和较高强度的材料。

在智能制造中,轻量化材料可以降低产品的重量,提高能源利用效率。

例如,轻量化材料可以应用于汽车制造中,减少燃料消耗和排放,提高汽车的性能和安全性。

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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。

这只是一种比较笼统的分类方法,由于智能材料还在不断的研究和开发之中,因此相继又出现了许多具有智能结构的新型的智能材料。

如,英国宇航公司在导线传感器,用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况;英国开发出一种快速反应形状记忆合金,寿命期具有百万次循环,且输出功率高,以它作制动器时、反应时间,仅为10分钟;在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。

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。

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。

(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。

一般基体材料首选高分子材料,因为其重量轻、耐腐蚀,尤其具有粘弹性的非线性特征。

其次也可选用金属材料,以轻质有色合金为主。

(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(包括压力、应力、温度、电磁场、PH值等)。

常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。

(3)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应力,所以它担负着响应和控制的任务。

常用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。

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,这也是智能材料设计时可采用的一种思路。

(4)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。

因为现在可用于智能材料的材料种类不断扩大,所以智能材料的分类也只能是粗浅的,分类方法也有多种,一般若按功能来分可以分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电(磁)致伸缩材料等。

若按来源来分,智能材料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系智能材料。

目前研究开发的金属系智能材料主要有形状记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快;高分子系智能材料的范围很广泛,作为智能材料的刺激响应性高分子凝胶的研究和开发非常活跃,其次还有智能高分子膜材、智能高分子粘合剂、智能型药物释放体系和智能高分子基复合材料等。

一般金属材料受到外力作用后,首先发生弹性变形,达到屈服点,就产生塑性变形,应力消除后留下永久变形。

但有些材料,在发生了塑性变形后,经过合适的热过程,能够回复到变形前的形状,这种现象叫做形状记忆效应(SME)。

具有形状记忆效应的金属一般是两种以上金属元素组成的合金,称为形状记忆合金(SMA)。

形状记忆合金可以分为三种:(1)单程记忆效应形状记忆合金在较低的温度下变形,加热后可恢复变形前的形状,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。

(2)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,称为双程记忆效应。

(3)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。

目前已开发成功的形状记忆合金有TiNi基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。

最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。

他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。

后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象,但当时并未引起人们的广泛注意。

直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应,才引起了材料科学界与工业界的重视。

到70年代初,CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。

几十年来,有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题,并为此召开了多次专题讨论会,不断丰富和完善了马氏体相变理论。

在理论研究不断深入的同时,形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步,其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。

形状记忆合金的具体应用如下。

工业应用:(1)利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。

如管接头、天线、套环等。

(2)外因性双向记忆恢复。

即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作,如热敏元件、机器人、接线柱等。

(3)内因性双向记忆恢复。

即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作,如热机、热敏元件等。

但这类应用记忆衰减快、可靠性差,不常用。

(4)超弹性的应用。

如弹簧、接线柱、眼镜架等。

医学应用:TiNi合金的生物相容性很好,利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。

如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。

高科技应用展望:20世纪是机电学的时代。

传感——集成电路——驱动是最典型的机械电子控制系统,但复杂而庞大。

形状记忆材料兼有传感和驱动的双重功能,可以实现控制系统的微型化和智能化,如全息机器人、毫米级超微型机械手等。

21世纪将成为材料电子学的时代。

形状记忆合金的机器人的动作除温度外不受任何环境条件的影响,可望在反应堆、加速器、太空实验室等高技术领域大显身手。

磁致伸缩材料目前磁致伸缩智能材料的主流是稀土磁致伸缩材料,稀土超磁致伸缩材料是近期才发展起来的一种新型功能材料。

这种材料在电磁场的作用下可以产生微变形或声能,也可以将微变形或声能转化为电磁能。

在国防、航空航天和高技术领域应用极为广泛,如声纳与水声对抗换能器、线性马达、微位移驱动(如飞机机翼和机器人的自动调控系统),噪声与振动控制系统、海洋勘探与水下通讯、超声技术(医疗、化工、制药、焊接等)、燃油喷射系统等领域。

它具有磁致伸缩值大,机械响应速度快和功率密度高特点。

磁致伸缩智能材料的主要用途是:(1)由于稀土超大磁致伸缩材料比传统材料在性能上有了惊人的提高,所以在电器、家电、通讯器材、电脑等生产领域,稀土磁致伸缩材料逐渐取代了传统的磁致伸缩材料和电致伸缩材料,使产品升级和更新换代更加容易。

(2)由于稀土超大磁致伸缩材料的独特的性能,特别是在应用领域里呈现出的重要使用价值,越来越受到人们的普遍关注,可被用于开发新一代的元器件,如广泛应用于精密控制系统(如油料控制、司服仪、导弹发射控制装置等),声光发射系统(如信号处理、声纳扫描、超声、水声等),以及换能器、驱动器等等的开发。

对于磁致伸缩智能材料的应用,目前,美国位居各国之首,其成功标志在于开发出了一系列用于军事目的的尖端产品,如美国已成功地将其应用于舰艇水下声纳探测系统以及导弹发射控制装置等。

但是我国对磁致伸缩智能材料新产品的开发还处于起步阶段,但也已呈现出良好的发展势头。

如中国长江水利委员会应用这种材料,开发出了大功率岩体声波探测器,应用于三峡工程和地球物理勘探;辽河油田应用这种材料,开发出了井下物理法采油装量;东北大学和大连理工大学应用这种材料,拟在进给和精密定位方面进行联合开发。

压电材料压电智能材料可以将压强、振动等迅速转变为电信号,或将电信号转变为振动信号,也就是说压电材料在外电场的作用下可以产生微小变形,同时也可以将微小变形转变为电信号。

而且新一代的压电材料还具有了条件反射和指令分析的能力。

其特征和运转方式类似于人的神经系统,可执行类似于大脑的指令。

压电材料的这种独特功能,使其在智能材料系统中具有广阔的应用前景。

(1)压电陶瓷驱动器由于压电陶瓷具有把电能转变为机械能的能力,因此当应用系统通电给压电陶瓷时,使材料的自发偶极矩发生变化,从而使材料的尺寸发生改变,这种效应能产生200-300的微应变,据报道,88层的压电陶瓷片做成的驱动器可在20ms 内产生50μm的位移,响应速度之快是其它材料所无法比拟的,是高精度、高速驱动器所必须的材料,已应用在各种跟踪系统、自适应光学系统、机器人微定位器、磁头、喷墨打印机和扬声器等。

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