智能材料与智能结构分类
智能材料和智能结构——形状记忆材料
磁（ 电）致流变流 体和 某些功 能聚合物 。集成和 混合高等 材料是可获 得具有传 感 、控 制和 多值 响应本征 机理
的复合材料 。
Ｉ
ｌ
二 、形 状 记 忆 材 料
形状记忆材料 （ Ｓ ＭＭ）是智 能复合材 料的主要 组成部分之 一 。由于材料 内部的可逆相 变 ，Ｓ ＭＭ 具有 某些特殊 的性质 ，例 如形状记 忆效应 （Ｓ ＭＥ） 、准确性 或较大 的可恢复冲 击应变 、高阻尼 性和 自适应 性。
形状记忆 、超弹性等 ，可 用于各种智 能系统 。形状 记忆材料 中的激励 感应相变 导致了材 料的许多独 特的
性能 ，支配 着材 料性质 的显著变化 。讨论了改进 目前材料 系统和研发 新的形状 记忆材料 所面 临的 技术障
碍和挑 战。
关键词 ：形状记忆材 料 ；合金 ；陶瓷 ；聚 合物 ；激 励感应相 变 ；智 能系统 中图分类 号 ：Ｔ ３ １ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ： ０ ６ ８ ３ ２ １）９ ０ ０ — ７ Ｂ８ １ ０ — ８ Ｘ（ ０ — ０ ６ ０ ００
特性 、形状记忆特 性和其 它性质影 响很大，在２ 元 合金中 ， ２ 由立方 晶系到单斜 晶系 ［ ９］的一级相变 改变为 由立方 晶 Ｂ１
系 ［ ２ 到斜 方 晶 体 系 ［ ９ 以及 由 Ｂ１ Ｂ］ Ｂ１ ］ ９到 Ｂ１ （ ｕ取 代 Ｎｉ ９ Ｃ
纤维 丝 、颗 粒和 多孔材 料 ，可与其 他材料 一起 形成 复合材
（） ７ 、阻尼 ：Ｓ ＭＭ 的阻尼特 性来源 于其特征 微结构和 相变 ，大 部分 Ｓ ＭＭ 都具 有较高 的固有 阻尼 性 。
ｉ
０跨露 ： ０
≯
到 目前 为 止 已发 现 各 种 合 金 （ Ｓ ＭＡ） 陶 瓷 （Ｓ ） 、 ＭＣ 、 聚合物 （ 状记忆 Ｓ ） 凝胶 （Ｓ 形 ＭＰ 和 ＭＧ） 胶 呈 现 出 Ｓ 凝 ＭＥ， 其 中 有 些 材 料 已 商 品 化 ，特 别 是 某 些 Ｓ Ｍ 易于 制 成 薄 膜 、 Ｍ
(智能材料与结构系统)第2章智能材料
智能材料与结构系统第2章：智能材料智能材料是指具有感知、响应和控制功能的材料。
这种材料可以根据外部环境的变化自主地进行响应和调节，以实现特定的功能和效果。
智能材料的开发和应用在多个领域都具有重要的意义，包括机械工程、电子工程、生物医学等。
2.1智能材料的分类2.1.1智能材料的动作响应方式智能材料的动作响应方式可以分为主动式和被动式两种。
•主动式响应：这种材料具有自发性地响应外界刺激的能力，可以主动地产生形变或力学反应。
常见的主动式智能材料包括压电材料、形状记忆合金等。
•被动式响应：这种材料需要外部刺激才能发生变化,比如温度变化、光线变化等。
常见的被动式智能材料包括热敏材料和光敏材料等。
2.12智能材料的功能分类智能材料根据其功能可以分为感应与控制、调节与适应、传感与信号处理等。
•感应与控制：这类智能材料能够感知外界刺激，并通过自身的响应产生相应的动作。
例如，压电材料可以通过施加电压产生形变，而形状记忆合金则能根据温度变化自行恢复到其原始形状。
•调节与适应：这类智能材料能够通过自身的调节来适应外界环境的变化，从而保持一定的性能和功能。
例如，热敏材料可以根据温度变化自行调整其导电性能。
•传感与信号处理：这类智能材料能够感知外界的信息，并将其转化为输出信号进行处理。
例如，光敏材料可以感知光线的强度和波长，并将其转化为电信号进行处理。
2.2智能材料的应用领域智能材料的应用领域非常广泛，下面列举了一些常见的应用。
2.2.1机械工程领域在机械工程领域，智能材料常用于制造机械传动系统、控制系统^运动控制装置等。
例如，压电材料可以用于制造振动传感器和声波发生器，从而实现智能控制。
2.2.2电子工程领域在电子工程领域，智能材料常用于制造传感器、开关和执行器等。
例如，光敏材料可以用于制造光电开关和光电传感器,从而实现自动控制。
2.2.3生物医学领域在生物医学领域，智能材料有很多应用。
例如，形状记忆合金可以用于制造支架和植入物，从而实现自主调节和修复功能。
从智能材料到智能结构
从智能材料到智能结构智能材料和智能结构是当今材料科学和工程中备受关注的研究领域。
与传统的材料相比，智能材料具有响应外界刺激的能力，可以在许多重要应用中发挥重要作用，如医学、航空航天、建筑和能源等领域。
智能结构则是基于智能材料的基础上设计出的具有特定响应和调控能力的结构，其形态和性能可以随外界环境变化而变化，可以在各种工程领域中得到广泛应用。
一、智能材料的分类和应用1. 一般性质智能材料具有多种特性，如形状记忆、失稳、电、磁、热响应等。
智能材料的运动机理通常是通过内部结构的微观调整实现的，这一调整可以依靠许多方法，如电子结构的调整、化学制备的改变等。
智能材料具有多种实际应用，如传感器、装置、控制系统以及卫星开展研究和应用等。
2. 分类智能材料的常见种类包括形状记忆材料、电致变材料、电阻变材料、磁致变材料、储能材料、陶瓷基复合材料、有机液晶等。
3.应用智能材料的具体应用包括，但不仅限于以下几个领域：(1) 医疗领域：智能材料可以制成内置在植入物内的材料，例如，内置在生物材料或结构内部的医疗装置，如人工心脏瓣膜、人工骨髓等，继而帮助医生进行手术操作。
(2) 航空航天领域：智能材料能够从外界反应器中获取电子信号，并能够产生一定程度的反应，例如控制引擎加速、推进无人机机翼的调整，是航空航天应用智能材料的重要方向。
(3) 建筑领域：智能材料可以用于制造能够自动调节温度和湿度的建筑材料，方便用户创建更加舒适的室内环境，对于改善现代社会的工作和生活非常有益。
二、智能结构的概念和特性1. 定义智能结构是指一种具有响应外界刺激和能够进行结构自适应调整的结构。
智能结构通常是由一个智能材料体构成的，具备与周围环境互动的能力，并能对环境进行自主调整的材料体。
2. 特性智能结构的特点有以下几点：(1) 响应性：智能结构在受到外界刺激时具有相应的响应，包括机械、电、热等方面的响应。
(2) 多功能性：智能结构的设计可以使其具备多种不同的功能，例如自传感、自修补等。
(智能材料与结构系统)第2章智能材料
(智能材料与结构系统)第2章智能材料1. 引言智能材料是一种能够响应外部刺激并改变其物理性质的材料。
它具有智能感知、自适应调节和灵活响应等特点，在许多领域都有着广泛的应用。
本章将介绍智能材料的概念、分类和应用等内容。
2. 智能材料的概念智能材料是指能够基于外部刺激作出一定响应的材料。
这种响应可以是物理性质的改变，如形状、颜色、光学特性等，也可以是化学性质的改变，如溶解度、反应速率等。
智能材料可以感知环境变化或接收控制信号，并作出相应的动作。
智能材料可以分为两类：一类是被动响应型智能材料，另一类是主动响应型智能材料。
被动响应型智能材料是指在外界刺激下发生物理性质的变化，如热敏材料、压敏材料等。
主动响应型智能材料是指能够根据外界刺激主动改变其物理性质的材料，如形状记忆合金、光敏材料等。
3. 智能材料的分类智能材料可以根据其响应机制进行分类。
常见的智能材料分类包括形状记忆材料、光敏材料、热敏材料、电致变色材料等。
3.1 形状记忆材料形状记忆材料是一类能够在外界刺激下恢复其原始形状的材料。
形状记忆效应是指材料在经历过塑性变形后能够回复到其原始形状的能力。
常见的形状记忆材料包括形状记忆合金和形状记忆聚合物等。
3.2 光敏材料光敏材料是能够对光信号做出响应的材料。
光敏材料可以根据光信号的不同强度、波长和频率做出不同的响应。
光敏材料广泛应用于光电子器件、光学器件和光学传感器等领域。
3.3 热敏材料热敏材料是能够对温度变化做出响应的材料。
热敏材料可以根据温度的不同改变其物理性质，如导电性、热导性等。
热敏材料在温度控制、温度传感器等领域有着广泛的应用。
3.4 电致变色材料电致变色材料是能够在受到电场刺激时改变其颜色的材料。
电致变色材料广泛应用于智能窗户、显示器件和光学涂层等领域。
4. 智能材料的应用智能材料在许多领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：•智能结构：智能材料可以用于构建智能结构，如形状记忆合金用于航空航天领域中的控制杆；光敏材料用于自动调节建筑窗户的透光度。
智能材料与结构专业认识
智能材料与结构专业认识引言智能材料与结构是一门前沿的学科，结合了材料科学和工程学的知识，致力于研究可以感知、响应和适应外界环境变化的材料和结构。
本文将介绍智能材料与结构的基本概念、应用领域以及相关的研究方向。
智能材料的概念和分类智能材料是指具有感知、响应和适应能力的材料，能够根据外界刺激做出相应的变化。
根据材料的响应特性，智能材料可以分为以下几类：1.响应型材料：能够对外界刺激做出机械、热、电、光等方面的响应。
常见的响应型材料包括形状记忆合金、压电材料和磁致伸缩材料等。
2.控制型材料：能够通过外界刺激改变其物理、化学性质从而实现对材料行为的控制。
例如，电致变色材料可以通过电场变色，从透明到不透明。
3.感知型材料：能够感知环境的变化，并将信号转化为可观测的物理量。
典型的感知型材料包括压力敏感材料和湿度敏感材料等。
智能结构的概念和应用领域智能结构是由智能材料构成的具有感知、控制和适应能力的结构。
智能结构可以在受到外界刺激时做出相应的变化，实现结构的自适应和优化。
智能结构在以下领域具有广泛的应用：1.航空航天领域：智能材料与结构可以应用于航空航天器的结构件、舵面控制和振动控制等方面，提高飞行器的性能和安全性。
2.建筑领域：智能材料与结构可以应用于建筑的隔热、噪音控制和自适应结构等方面，提高建筑的舒适性和环境适应性。
3.医疗领域：智能材料与结构可以应用于医疗器械、人工关节和生物传感器等方面，实现医学诊疗的精确度和安全性的提升。
智能材料与结构的研究方向智能材料与结构的研究方向包括但不限于以下几个方面：1.智能材料的设计与合成：研究新型智能材料的合成方法和结构设计，实现材料性能的优化和功能的多样化。
2.智能材料与结构的传感机理研究：探索智能材料与结构的感知机理，深入理解响应机制，为实际应用提供理论基础。
3.智能结构的设计与优化：研究智能结构的优化设计方法和控制策略，提高结构的自适应性和性能。
4.智能材料与结构在特定领域的应用研究：将智能材料与结构应用于具体领域，如航空航天、医疗和建筑等，探索其在实际应用中的效果和潜力。
智能材料和智能结构(2)——混合复合材料
１． ７ｐ ２３ ５ ｌ ＝ ５ ７ｃ ＋ ８ １ （ Ｔ 老 ６ ． 用 ６ 化处理） １． ９ ７． ９ 『 ＝ ８ １ ＋ ７ ９ （ ６ ７ ５ 用Ｔ老化处理 ）
… ●ｌ ’
ｍａｅｉｌＳ ｔｒ ， ＭＭ） 它功能材料 或结构材料相 混合可 生产 出智 能复 合材料 。 ａ 其 生产 智能复合材料 的一般方法是 将
智 能 记 忆 材 料 集 成 在 单 点 阵或 复 合 基 质 材 料 中 形 成 复合 材 料 。 界 环 境 的 变 化 可 感 应 其 静 态 和 动 态 性 质 的 增 外 强 ，引 起 材 料 结 构 间 的 相 互 作 用 ，具 有 重 要 的工 程 应 用 。例 如 ，聚 合物 网 格 形 状 记 忆 复 合 材 料 的 应 用 范 围 包 括 ：形 状 和 位 置 控 制 、在 动 态 负 荷 下 材 料 振 动 和 声 传 递 的 有 源 和 无 源 控 制 、冲 击 损 伤 和 结 构 断 裂 控 制 。本 文 重 点研 究 了 基 于 Ｓ ＭＭ 的 智 能 复 合 材 料 的 设 计 、 制 造 、特 性 和 应 用 。
关键词 ：智能记忆材料 ；形状记忆 复合材料 ；智能系统 ；多值响应 中图分类号 ：ＴＢ ８ ３１ 文献标识 码 ：Ａ 文章编号 ：０ ６ ８ Ｘ（０ ）０ ０ ６ ６ １ ０ —８ ３ ２ １ １ －０ ０ —０ ０
史永基 曹慧敏 刘刚 田 叶芳
一
、
引 言
智 能 材 料 和 智 能 结 构 自 １９ ９ ８年 问世 以 来 受 到 世 界 范 围 的广 泛 注 意 ［。将 智 能 记 忆 材 料 （ ｍａ ｍｏｙ １ 】 Ｓ ｒ ｍｅ ｒ ｔ
智能材料与智能结构讲
政策支持
各国政府对智能材料和智能结构 的研发和应用给予政策支持，鼓 励企业加大投入，推动产业发展。
THANKS
感谢观看
02
自适应结构的特性包括自适应性、自修复性和自优 化性等。
03
自适应结构的应用领域包括航空航天、汽车、建筑 和机器人等。
智能复合材料结构
智能复合材料结构是指由两种或两种以上材料组成，并具有感知、响应和 自适应等智能特性的结构。
智能复合材料结构的特性包括传感性、驱动性、信息处理和自适应性等。
智能复合材料结构的应用领域包括航空航天、汽车、船舶和土木工程等。
药物控制释放
智能药物载体能够在特定环境下按需 释放药物，提高治疗效果并降低副作
用。
个性化医疗
利用智能材料制成的生物传感器可实 时监测患者的生理参数，为个性化治 疗提供依据。
生物医学诊断
智能材料能够用于生物标志物的检测 和识别，为疾病诊断提供快速、准确 的方法。
在建筑领域的应用
总结词
智能材料与智能结构在建筑 领域的应用主要涉及结构健 康监测、节能减排和灾害防 控等方面。
仿生结构
01
仿生结构是指模仿生物体的形态、结构和功能等特性而设计的 结构。
02
仿生结构的特性包括生物相容性、生物可降解性和仿生功能性
等。
仿生结构的应用领域包括医疗器械、生物工程和机器人等。
03
柔性可展开结构
01 柔性可展开结构是指能够在弯曲的表面上展开并 形成所需形状和尺寸的结构。
02 柔性可展开结构的特性包括轻质、高强、可折叠 和自适应性等。
压电材料
总结词
压电材料是指在外加压力的作用下，能够产生电压的智能材 料。
详细描述
智能材料与结构
• 该材料具有模仿生物体的自增值性、自 修复性、自诊断性、自学习性和环境适 应性。将具有仿生命功能的材料融合于 基体材料中，使制成的构件具有人们期 望的智能功能，这种结构称为智能材料 结构。它是一个类似于人体的神经、肌 肉、大脑和骨骼组成的系统，而基体材 料就相当于人体的骨骼。
5
• 而智能材料是能够感知环境变化，通过 自我判断和结论，实现和执行指令的新 型材料。智能材料的研究就是将信息与 控制融入材料本身的物性和功能之中， 其研究成果波及了信息、电子、生命科 学、宇宙、海洋科学技术等领域。它的 研究开发孕育着新一代的技术革命。智 能化将成为21世纪高分子材料的重要发 展方向之一。
16
• （1 ）提高驱动元件本身的性能，满足上 述六条要求； • （2） 改善驱动元件的激励方法； • （3） 研究多种激励元件组合使用的方法， 达到取长补短的目的； • （4） 研究新型的复合驱动元件； • （5 ）研究驱动元件在材料中的布置方案。
17
• 传感器、致动器和控制器是智能结构的 重要部分。传感器要求有高度感受结构 力学状态的能力，在振动系统中即能把 位移、速度或加速度等信号转换成电信 号输出，它直接反应实时的振动状态， 所以它必须有足够的可靠性、敏感性和 较高的反应速度，以便能迅速、准确地 得到振动信息；另外，还要求其具有体 积小，易于集成的特点。
9
• 无机非金属系智能材料的初步智能性是 考虑局部可吸收外力以防止材料整体变 坏。目前此类智能材料在电流变流体、 压电陶瓷光质变色和电质变色材料等方 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。 • 根据结构来分，智能材料结构可以分成 10 两种类型，分述如下：
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智能材料(Smart Materils 或者Intelligent Material System) 是20 世纪80 年代中期提出的概念。
智能材料是模仿生命系统,能感知环境变化并能实时地改变自身的一种或多种性能参数,作出所期望的能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。
智能材料是一种集材料与结构、智能处理、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。
磁流变液
电流变体
压电材料、
形状记忆合金
磁致伸缩材料
电致伸缩材料
光纤材料
聚合物胶体
形状记忆聚合物(SMP)
疲劳寿命丝（箔）
磁流变体：通常由以下三种成分组成：
（1）具有高磁导率、低矫顽力的微小磁性微粒，如铁钴合金、铁镍合金、羰基铁等软磁材料。
由Jolly 和Ginder等人[4]建立的磁流变液理论剪切屈服强度的计算公式可知，磁流变液的极限剪切屈服强度与磁性颗粒的饱和磁化强度的平方成正比。
（2）母液，又称溶媒，是磁性微粒悬浮的载体。
为了保证磁流变液具有稳定的理化特性，母液应具有低粘度、高沸点、低凝固点、较高密度和极高“击穿磁场”等特性。
目前，较为常用的母液是硅油。
另外，一些高沸点的合成油、水以及优质煤油等也可作为磁流变液的母液；
（3）表面活性剂，其主要作用是包覆磁性微粒并阻止其相互聚集而产生凝聚，减少或消除沉降。
功能：
这种材料具有4种主要功能:(1)对环境参数的敏感;(2)对敏感信息的传输;(3)对敏感信息的分析、判断;(4)智能反应。
具体的有：
传感功能
反馈功能
信息识别与积累功能
相应功能
自诊断功能
自修复功能
自调节功能
智能结构( Intelligent Construction)是将驱动器、传感器、乃至处理器等微电子元器件集成在复合材料之中而成型的结构它对所处环境，具有主动感知和主动响应的功能。
智能结构是在智能材料的基础上提出的,是当前结构设计与结构力学方面正在迅速发展的一种崭新领域,也称为自适应结构。
智能结构就是可以根据外部条件和内部条件主动地改变结构
特性,以最优地满足任务需要的结构。
外部条件包括环境、载荷或已制造出及已在使用中的结构几何外形。
内部条件包括对材料或结构的局部区域的破坏、失效的隔离和改变载荷传输途径等。
从结构方面,就是把具有特殊力学性能和物理性能的形状记忆合金、压电陶瓷、压电晶体、磁致变体、电致变体及流变体等复合在构件中(或埋在复合材料中) ,组成构件的受感元件和动作元件,再配上微处理器,便成为智能的材料结构,来自动适应结构的一些特殊要求。
智能结构有个基本系统, 即驱动、传感、处理和结构系统, 这四个系统分别扩展, 相互交叉, 组合成各种结构形式。
智能结构分类:
智能结构主要在复合材料的零部件中埋入或在其表面安装上传感元件、动作元件等;
智能结构是直接由智能材料制成的零部件。
按电子元器件及其材料分类如压电传感结构, 压电驱动结构, 电致磁致结构, 形状记忆合金传感、驱动结构, 电流变体驱动结构, 光纤传感结构等。
按结构功能分类如自传感结构, 自驱动结构, 自诊断结构, 寿命监视结构, 形状记忆结构, 振动抑制结构等。
按结构与关键电子元器件组合分类：
结构系统
驱动系统
传感系统
控制系统
自适应驱动结构
自适应传感结构
处理系统自驱动结构
自传感结构机敏结构
磁流变减振器：以磁流变体这种新型的智能材料作为减振器的工作液，并在减振器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来调整磁场强度进而改变磁流变液的粘度，实现阻尼可调的目的。
根据磁流变液在减振器中的受力状态和流动形式的不同，磁流变减振器可分为流动模式（Flow Mode）、剪切模式(Shear Mode)、压缩模式(Squeeze Mode)以及这三种基本模式的任意组合。
智能材料与结构应用：
航空航天飞行器
建筑和工程结构
医疗
机器人
日常生活。