智能材料PPT课件
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高分子智能材料全解课件
酸碱性质
配位性质
一些高分子智能材料可以与金属离子 发生配位反应，可以用于制备金属配 合物和催化剂等。
一些高分子智能材料具有酸碱性质， 可以用于制备离子交换树脂和酸碱传 感器等。
热学性质
1 2 3
热稳定性 高分子智能材料的热稳定性与其分子链结构和聚 集态结构密切相关，一些高分子智能材料可以在 高温下保持稳定的性能。
历史与发展
历史
高分子智能材料的研究始于20世纪80年代，随着材料科学、 物理学、化学等学科的发展，高分子智能材料逐渐成为研究 的热点。
发展
近年来，高分子智能材料在传感器、驱动器、智能复合材料 等领域的应用不断拓展，为未来智能化、多功能化的发展提 供了重要支撑。
特点与优势
特点
高分子智能材料具有感知、响应和自适应能力，能够对外界环境或刺激因素作出 快速、灵敏的响应，并表现出良好的稳定性和可重复性。
高分子智能材料全解课件
• 高分子智能材料的概述 • 高分子智能材料的挑战与解决方
01
高分子智能材料的概述
定义与分类
定义
高分子智能材料是指具有感知、响应 和自适应能力的功能材料，能够对外 界环境或刺激因素作出响应，并表现 出一定的智能行为。
分类
根据其响应方式和功能特点，高分子 智能材料可分为刺激响应型、自适应 型和生物仿生型等。
辐射接枝
利用辐射引发高分子智能材料表面上 的自由基，与其它单体进行接枝聚合。
化学镀
在高分子智能材料表面沉积金属或非 金属镀层，提高其导电性、耐腐蚀性 等性能。
04
高分子智能材料的应用领域
电子信息领域
电子信息领域是高分子智能材料应用的重要领域之一。高分子智能材料在电子信息领域中主要用于制 造电子元件、电路板、传感器、执行器等。它们具有优异的电性能、稳定性、耐高温和耐腐蚀等特性， 能够满足电子信息领域对高性能材料的需求。
《仿生智能材料》课件
• 2 Malth偶然 -
仿生智能材料的未来展望
tun our
令人'
M M = own the py,psilon we, , n率先垂 up the 1 ，专注于 ， -专注于一 ,聚 , - the一层, ain ,iet所 ，， our， P，，，。，早晨 the.图 ierno乖乖 ， our 1，，"
仿生智能材料的仿生结构设计
生物结构
生物体通过复杂的结构来实现各种功能，如骨骼、肌肉、皮肤等 。这些结构具有优异的力学性能、自适应性等特点。
仿生设计
模仿生物体的结构特点，设计出具有类似功能的材料或结构，如仿 生骨、仿生肌肉等。
仿生应用
通过仿生结构设计，可以改善材料的力学性能、耐久性、自适应性 等方面的性能，为工程领域提供新的解决方案。
仿生智能材料在能源领域的应用
总结词
优化能源储存
详细描述
在能源储存方面，仿生智能材料通过模仿生物体内的能量储存机制，开发出具有 高能量密度、快速充放电能力的储能设备。例如，仿照昆虫的飞行机制设计的微 型飞行器，可以利用仿生智能材料实现高效、持久的能源储存和释放。
仿生智能材料在环保领域的应用
总结词
改善环境质量
仿生智能材料的分类
生物体结构仿生材料
生物体系统仿生材料
模仿生物体的骨骼、肌肉、皮肤等组 织结构的材料，如仿生骨、仿生肌肉 等。
模仿生物体的整体结构和功能的材料 ，如仿生机器人、仿生智能系统等。
生物体功能仿生材料
模仿生物体的生理功能和行为特征的 材料，如仿生传感器、仿生驱动器等 。
仿生智能材料的应用领域
医疗领域
用于制造仿生器官、组织工程 和生物材料，提高医疗效果和
仿生智能材料的未来展望
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仿生智能材料的仿生结构设计
生物结构
生物体通过复杂的结构来实现各种功能，如骨骼、肌肉、皮肤等 。这些结构具有优异的力学性能、自适应性等特点。
仿生设计
模仿生物体的结构特点，设计出具有类似功能的材料或结构，如仿 生骨、仿生肌肉等。
仿生应用
通过仿生结构设计，可以改善材料的力学性能、耐久性、自适应性 等方面的性能，为工程领域提供新的解决方案。
仿生智能材料在能源领域的应用
总结词
优化能源储存
详细描述
在能源储存方面，仿生智能材料通过模仿生物体内的能量储存机制，开发出具有 高能量密度、快速充放电能力的储能设备。例如，仿照昆虫的飞行机制设计的微 型飞行器，可以利用仿生智能材料实现高效、持久的能源储存和释放。
仿生智能材料在环保领域的应用
总结词
改善环境质量
仿生智能材料的分类
生物体结构仿生材料
生物体系统仿生材料
模仿生物体的骨骼、肌肉、皮肤等组 织结构的材料，如仿生骨、仿生肌肉 等。
模仿生物体的整体结构和功能的材料 ，如仿生机器人、仿生智能系统等。
生物体功能仿生材料
模仿生物体的生理功能和行为特征的 材料，如仿生传感器、仿生驱动器等 。
仿生智能材料的应用领域
医疗领域
用于制造仿生器官、组织工程 和生物材料，提高医疗效果和
高分子智能材料全解PPT课件
将非电量转换为与之有确定关系的电量输出的装 置。
传感器分类
按输入量、输出量、工作原理、能量关系等分类 。
传感器基本原理
利用物理效应、化学效应或生物效应，将被测量 转换为电量。
高分子智能材料在传感器中作用机制
敏感元件
高分子材料作为敏感元件，能够感知被测量的变化并产生响应。
转换元件
将敏感元件产生的响应转换为电量输出。
• 高分子智能材料在高端制造和智能制造中的应用：高分子智能材料在高端制造 和智能制造领域具有广阔的应用前景，如智能传感器、智能执行器、智能机器 人等，将为现代制造业的发展注入新的活力。
THANKS
感谢观看
应用领域及前景展望
应用领域
高分子智能材料在传感器、驱动器、智能纺织品、生物医学、环保等领域具有 广泛的应用前景。
前景展望
随着科技的进步和需求的增长，高分子智能材料的应用领域将不断拓展，同时 对其性能的要求也将不断提高。未来，高分子智能材料将在智能化、多功能化 、环保化等方面取得更大的突破和发展。
02
控的释放行为等。
03
实践举例
列举几个成功应用高分子材料作为药物控释载体的案例，并分析其设计
思路和应用效果。
组织工程支架材料研究进展
组织工程支架材料的作用及要求
阐述组织工程支架材料在组织工程中的作用和所需满足的要求，如良好的生物相容性、适 当的机械性能等。
高分子材料在组织工程支架中的应用
分析高分子材料作为组织工程支架材料的优点和应用现状，如可降解高分子材料、水凝胶 等。
无免疫原性等。
安全性问题及对策
03
探讨高分子材料在生物医学应用中可能存在的安全性
问题，如毒性、致癌性等，并提出相应的解决策略。
传感器分类
按输入量、输出量、工作原理、能量关系等分类 。
传感器基本原理
利用物理效应、化学效应或生物效应，将被测量 转换为电量。
高分子智能材料在传感器中作用机制
敏感元件
高分子材料作为敏感元件，能够感知被测量的变化并产生响应。
转换元件
将敏感元件产生的响应转换为电量输出。
• 高分子智能材料在高端制造和智能制造中的应用：高分子智能材料在高端制造 和智能制造领域具有广阔的应用前景，如智能传感器、智能执行器、智能机器 人等，将为现代制造业的发展注入新的活力。
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应用领域及前景展望
应用领域
高分子智能材料在传感器、驱动器、智能纺织品、生物医学、环保等领域具有 广泛的应用前景。
前景展望
随着科技的进步和需求的增长，高分子智能材料的应用领域将不断拓展，同时 对其性能的要求也将不断提高。未来，高分子智能材料将在智能化、多功能化 、环保化等方面取得更大的突破和发展。
02
控的释放行为等。
03
实践举例
列举几个成功应用高分子材料作为药物控释载体的案例，并分析其设计
思路和应用效果。
组织工程支架材料研究进展
组织工程支架材料的作用及要求
阐述组织工程支架材料在组织工程中的作用和所需满足的要求，如良好的生物相容性、适 当的机械性能等。
高分子材料在组织工程支架中的应用
分析高分子材料作为组织工程支架材料的优点和应用现状，如可降解高分子材料、水凝胶 等。
无免疫原性等。
安全性问题及对策
03
探讨高分子材料在生物医学应用中可能存在的安全性
问题，如毒性、致癌性等，并提出相应的解决策略。
仿生智能材料 ppt课件
类水稻叶表面碳纳米管薄膜
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7
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
•2.1.2昆虫翅膀表面的自清洁性
蝴蝶翅膀由微米尺寸的鳞片交叠
覆盖，每一个鳞片上分布有排列
整齐的纳米条带结构，每条带由
倾斜的周期性片层堆pp积t课件而成。
8
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
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2.1 自然界的几种生物体的表
面性能及其仿生纳米界面材料
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。
气液
液
固
固
(1)沾湿
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固 气液
固液
(2)浸渍润湿
25
2.1 自然界的几种生物体的表
面性能及其仿生纳米界面材料
液
液
气
固
固
(3)铺展or完全润湿
身体的重量，它在水
面上每秒钟可滑行
100倍于身体长度的
距离。
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水黾稳定的水上运动特性是
源于特殊的微/纳米结构和
油脂的协同效应
10
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.3在水面行走的昆虫—水黾
水黾的腿部有数 千根按同一方向 排列的多层微米 尺寸的刚毛（直 径3um），刚毛 表面形成螺旋状 的纳米沟槽结构。
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Cassie model
cosc f1 cos1 f2 cos2
30
cosc f1 cos1 f2
2.1 自然界的几种生物体的表
面性能及其仿生纳米界面材料
仿生智能材料--ppt课件
在机翼结构中使用磁致伸缩致动器，可使机翼 阻力降低85%。
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智能材料与住宅智能化
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38
（1）多功能砖
具有变通性和智能性。 主要由四个分层构成： 第一层是功能层，能感受来自周围的声能、热能、光能， 并能控制这些能量的输出；
第二层是通讯层，能为居住者提供内外通信联系的通道；
第三层是输送通道，可以用来输送水和其它材料；
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10
ppt课件
11
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。
ppt课件
12
二、 智能材料
1、什么是智能材料？
仿生学是一门生命科学、物质科学、信息 科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合 成的一门边缘科学。
ppt课件
7
2、生物材料和仿生材料 自然界存在的天然生物材料有着人工材
料无可比拟的优越性能。
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。
材料一般分为结构材料和功能材料两大类。对 结构材料主要要求其机械强度，而对功能材料 侧重于其特有的功能。
功能材料
对来自外界或内部的各种信息具有感知能力的 敏感材料
在外界环境或内部状态发生变化时能对之作出 适当的反应并产生相应动作的驱动材料
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智能材料与住宅智能化
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38
（1）多功能砖
具有变通性和智能性。 主要由四个分层构成： 第一层是功能层，能感受来自周围的声能、热能、光能， 并能控制这些能量的输出；
第二层是通讯层，能为居住者提供内外通信联系的通道；
第三层是输送通道，可以用来输送水和其它材料；
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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。
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二、 智能材料
1、什么是智能材料？
仿生学是一门生命科学、物质科学、信息 科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合 成的一门边缘科学。
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2、生物材料和仿生材料 自然界存在的天然生物材料有着人工材
料无可比拟的优越性能。
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。
材料一般分为结构材料和功能材料两大类。对 结构材料主要要求其机械强度，而对功能材料 侧重于其特有的功能。
功能材料
对来自外界或内部的各种信息具有感知能力的 敏感材料
在外界环境或内部状态发生变化时能对之作出 适当的反应并产生相应动作的驱动材料
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智能材料(课堂PPT)
26
单纤双向光纤收发器
用途
■城域光纤宽带网，适用于电信、 网通、广电等数据网络运营商
■ 多媒体传输：图像、话音、数据 综合传输、适用于远程教学、会议
电视、可视电话等应用 ■ 实时监控：实时控制信号、图像
及数据同时传输 ■ 抗恶劣环境：适用于强电磁干扰、
远距离的恶劣环境下组网
27
（ ⅲ ）电／磁流变液智能材料 （ⅳ）磁致伸缩智能材料
13
（3） 智能特性
智能特性是智能材料的核心，也是智能材料与普通功能 材料的主要区别。要求能分析、判断其参数的性质与变化， 具有自学习、自适应等功能。
由于计算机技术的高度发展，智能材料与结构的智能特 性已经或正在逐步实现，问题的关键是如何将材料敏感的各 种信息通过神经网络传输到计算机系统。现在一般有两种方 法，一种是在大型智能结构系统中，将智能材料敏感到的各 种参数传感到结构体系的普通计算机内；另一种是在智能材
36
（ ⅲ ） 自适应性和自修复性
• 研究得比较多的是使材料表层的形状和厚度能根据需要随时 自动形成。人体皮肤的自适应性。
• 钛铝合金是用于高温发动机的重要高温材料，高温使用时， 氧化皮层容易裂开和脱落，人们通过加入一些物质到材料中， 在表皮发生裂纹时，能及时扩散进表皮的裂纹伤口内，充填 裂纹，并逐渐隆起形成致密的抗氧化层而保护材料肌体部件。
35
自调节智能材料的另一有趣实例，就是能够使药物 定位投放。日本科学家已经研制一种微细胶囊物质材料， 能够将药物包裹后带到身体的病变部位。在病变部位胶囊 物质表皮自行破裂而释放出药物，医治病变细胞。
这种定向投药原理，用于农药和化肥在酸碱土壤中 的定位投放，能提高效率，降低成本，减少污染，是农业 技术发展的方向。
单纤双向光纤收发器
用途
■城域光纤宽带网，适用于电信、 网通、广电等数据网络运营商
■ 多媒体传输：图像、话音、数据 综合传输、适用于远程教学、会议
电视、可视电话等应用 ■ 实时监控：实时控制信号、图像
及数据同时传输 ■ 抗恶劣环境：适用于强电磁干扰、
远距离的恶劣环境下组网
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（ ⅲ ）电／磁流变液智能材料 （ⅳ）磁致伸缩智能材料
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（3） 智能特性
智能特性是智能材料的核心，也是智能材料与普通功能 材料的主要区别。要求能分析、判断其参数的性质与变化， 具有自学习、自适应等功能。
由于计算机技术的高度发展，智能材料与结构的智能特 性已经或正在逐步实现，问题的关键是如何将材料敏感的各 种信息通过神经网络传输到计算机系统。现在一般有两种方 法，一种是在大型智能结构系统中，将智能材料敏感到的各 种参数传感到结构体系的普通计算机内；另一种是在智能材
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（ ⅲ ） 自适应性和自修复性
• 研究得比较多的是使材料表层的形状和厚度能根据需要随时 自动形成。人体皮肤的自适应性。
• 钛铝合金是用于高温发动机的重要高温材料，高温使用时， 氧化皮层容易裂开和脱落，人们通过加入一些物质到材料中， 在表皮发生裂纹时，能及时扩散进表皮的裂纹伤口内，充填 裂纹，并逐渐隆起形成致密的抗氧化层而保护材料肌体部件。
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自调节智能材料的另一有趣实例，就是能够使药物 定位投放。日本科学家已经研制一种微细胶囊物质材料， 能够将药物包裹后带到身体的病变部位。在病变部位胶囊 物质表皮自行破裂而释放出药物，医治病变细胞。
这种定向投药原理，用于农药和化肥在酸碱土壤中 的定位投放，能提高效率，降低成本，减少污染，是农业 技术发展的方向。
《智能材料》PPT课件
《智能材料》PPT课件•智能材料概述•智能材料的结构与性能•智能材料制备技术与方法•智能材料在传感器领域应用目录•智能材料在驱动器领域应用•智能材料在能源转换与存储领域应用•总结与展望01智能材料概述定义与发展历程定义智能材料是一种能够感知外部环境或内部状态变化，并作出相应响应或自适应调整的材料。
发展历程从传统的被动材料到主动材料，再到具有感知和响应功能的智能材料，经历了数十年的发展。
感知能力能够感知外部环境或内部状态的变化。
响应能力能够根据感知到的变化作出相应的响应。
•自适应性：能够自适应调整自身性能以适应环境变化。
优势提高材料的性能和功能。
增强材料的可靠性和稳定性。
拓展材料的应用范围。
01020304应用领域举例用于制造自适应机翼、智能蒙皮等，提高飞行器的性能和安全性。
用于制造智能轮胎、自适应悬挂系统等，提高汽车的舒适性和安全性。
用于制造智能医疗器械、药物传递系统等，提高医疗效果和患者体验。
用于制造智能电池、自适应太阳能板等，提高能源利用效率和环保性。
航空航天汽车工业生物医学能源领域02智能材料的结构与性能结构类型及特点晶体结构具有周期性排列的原子或分子，呈现出特定的物理和化学性质。
非晶体结构原子或分子排列无序，具有各向同性和良好的可塑性。
复合结构由两种或两种以上不同材料组成，具有协同效应和多功能性。
性能参数指标力学性能包括强度、硬度、韧性等，反映材料抵抗外力破坏的能力。
物理性能包括热学、电学、磁学等性能，决定材料在特定环境下的行为。
化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性等，影响材料的稳定性和耐久性。
结构与性能关系探讨结构决定性能材料的性能往往由其内部结构决定，如晶体结构影响材料的力学性能和物理性能。
性能反映结构通过对材料性能的测试和分析，可以推断出其内部结构的特点。
结构与性能的优化通过改变材料的内部结构，可以优化其性能，满足特定应用需求。
例如，通过合金化、热处理等手段改善金属材料的力学性能。
03智能材料制备技术与方法原料选择与预处理原料选择根据智能材料的性能要求，选择适当的原材料，如高分子材料、金属材料、陶瓷材料等。
仿生智能材料经典课件
仿生智能材料
一、 仿生学 1、仿生学概念 2、生物材料与仿生材料
二、智能材料 1、什么是智能材料 2、智能材料的特征 3、智能材料的构成 4、智能材料的应用
一、 仿生学
1、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。
仿生学是一门生命科学、物质科学、信息 科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合 成的一门边缘科学。
2、生物材料和仿生材料 自然界存在的天然生物材料有着人工材
料无可比拟的优越性能。
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。
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。
常用敏感材料：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：形状记忆材料、压电材料、 电流变体和磁致伸缩材料等。
(4)其它功能材料
美国研发出一款举世无双 的“海豚潜艇”，它不仅 在外形上酷似海豚，而且 能像海豚一样学(Bionics)：模仿生物系统的结构、形状、 原理、行为以及相互作用，建造技术系统，或 者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特 征的科学，简而言之，仿生学就是“模仿生物 的科学”。
一、 仿生学 1、仿生学概念 2、生物材料与仿生材料
二、智能材料 1、什么是智能材料 2、智能材料的特征 3、智能材料的构成 4、智能材料的应用
一、 仿生学
1、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。
仿生学是一门生命科学、物质科学、信息 科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合 成的一门边缘科学。
2、生物材料和仿生材料 自然界存在的天然生物材料有着人工材
料无可比拟的优越性能。
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。
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。
常用敏感材料：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：形状记忆材料、压电材料、 电流变体和磁致伸缩材料等。
(4)其它功能材料
美国研发出一款举世无双 的“海豚潜艇”，它不仅 在外形上酷似海豚，而且 能像海豚一样学(Bionics)：模仿生物系统的结构、形状、 原理、行为以及相互作用，建造技术系统，或 者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特 征的科学，简而言之，仿生学就是“模仿生物 的科学”。
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常用有效驱动材料：形状记忆材料、压电材料、 电流变体和磁致伸缩材料等。
(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。
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智能材料
如：将光导纤维、形状记忆合金和镓砷化合物半导体 控制电路埋入复合材料中。
光导纤维
半导体控制电路
形状记忆合金
传感元件 (检测结构中的
应变和温度)
控制系统 (根据传感元件的信
应用：智能窗(调节玻璃透光特性)
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智能材料 智能窗的应用：
图3 法拉利首款自动硬顶敞篷车
玻璃车顶采用了利用电场变化来改变颜色的电致变色 技术，可对料
汽车防眩目后视镜是 当前玻璃制造业前沿 产品-电致变色玻璃 在汽车上的应用。
汽车防眩目后视镜
汽车夜间行驶时根据后面行驶车辆前大灯射出的光线照射到 后视镜上产生的眩目光程度，自动控制后视镜的透光度，以 减少后视镜镜面的反射光强度，使驾驶员既能舒服的通过后 视镜了解后面行驶车辆及行人的情况，又能安全驾驶汽车。
4
智能材料
5
智能材料
6
智能材料 材料的发展和应用历史：
图1 材料科学的发展演化过程
7
智能材料
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智能材料
上世纪
9
智能材料
10
智能材料
11
智能材料
12
智能材料
13
智能材料
14
第一章 智能材料概述
智能材料 材料发展的总趋势
海参是一种防御能力很差的棘皮动物，在海底它会经常遇 到敌人。它行动起来很迟缓，身体又绵软无力，可这不必担心 ，海参可以用”分身法”逃命。 如果被敌人盯上了，而又无路 可逃，海参就把身体紧缩起来，然后用尽力气把内脏从肛门挤 出来，敌人会立即盯住它的内脏。这样海参还照样活着而且不 久又生出内脏来，它的再生能力真是太强啦！ 有一种管状海参 ，当它被敌人捕捉住时，身体会分裂成两段，一段留下，另一 段被吃。留下的一段又会把失去的一段长出来。
息驱动元件动作)
执行元件 (使结构动作
改变性状)
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智能材料
识别
分析
判断
行动
智能结构的动作流程图
自适应地改变结构形状、刚度、 位置、应力状态、固有频率等
驱动元件
29
智能材料
智能变色材料
由于光、电、热等外界条件的作用，使材料内部 结构发生变化从而改变材料对光波吸收的特性， 使材料呈现出不同的颜色。
使用这定义在实际中带来不便： ①化工品烧碱(NaOH)？ 按定义应是材料，但类似不胜枚举的化工产品都是原料。 ②来自采掘工业的沙石、木材等等？ 按定义似乎应是原料，习惯上将其归入建筑材料。 思考？食盐在加工中失去了其原质。烧碱在应用于其它化工加工过程时， 也要失去原质。所以，食盐和烧碱一 般都看作是化工原料。原料在加工 中一般均失去了原质。
材料自身 能够探测 到外部环 境状态的 变化
控制器
传
执
感
行
器
器
智能机构
能够自动 地执行改 变材料状 态的指令
24
智能材料
智能材料的构成 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。 首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀。 其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。
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智能材料
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智能材料
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智能材料
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智能材料
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智能材料
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智能材料
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
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智能材料
智能材料的应用
在军事领域中的应用 智能材料与住宅智能化 与现代医学相联系的智能材料
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智能材料 （1）智能蒙皮
光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的智能蒙皮中， 或者在武器平台的蒙皮中植入传感元件、驱动元件 和微处理控制系统制成的智能蒙皮，可用于预警、 隐身和通信。
图2 变色太阳镜 汽车、飞机、船舶的前向玻璃或观察窗玻璃，起 防眩作用等。
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智能材料
2、电致变色薄膜 电致变色现象(Electrochromism)——材料在电场作 用下所引起的颜色变化，这种变化是可逆的、连续 可调的(透过率、吸收率、反射率三者比例关系可 调）。
机理： 一些氧化物薄膜在电场的作用下能够发生电子的交 换，导致颜色的改变。
智能材料
Intelligent Materials
主讲：刘秀奇
智能材料
智
能 材
智能家居
料
功
能
展
示
记忆合金趣味实验 智能太阳眼镜
智能玻璃
智能垃圾桶
智能材料
什么是材料？
《辞海》：人们把自然界经过开采而获得的 劳动对象称为原料。自然界自然存在而未经 过人类任何劳动输入的就不能称为原料。
例如：开采出来的矿物是冶金的原料， 种植出来的小麦是制造面粉的原料。
在加工工业中，一般把来自采掘工业和 农业的劳动对象称为原料，把经过工业加工 的原料（如钢铁、水泥）称为材料。
材料和原料合成为原材料。 3
智能材料
《辞海》定义可以总结为：经过人类劳动而取得的劳
动对象称为原料，经过二次加工的原料称为材料。
阐明了原料和材料之间的联系和区别，但却没 有指出材料在使用中本质的变化。
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智能材料
(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：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。
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智能材料 (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。
光色玻璃 电致变色薄膜
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智能材料
1、光色玻璃(变色玻璃) 能够随照射光强的变化而改变颜色。
原因： 含有在光照下能发生可逆变化的亚稳态色心： 在光波的照射下，色心的光吸收特性发生改变，从 而使光色玻璃表现出随光照而改变颜色的特性。
同相型光色玻璃 异相型光色玻璃
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智能材料 光色玻璃的应用：
状态。
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智能材料
智能材料必须具备感知、控制和驱动三 个基本要素。 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。
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智能材料的基本结构
智能材料不是一种单一的材料，而是一个由多种材料组元 通过有机紧密复合或严格地科学组装而构成的材料系统，是一 种智能机构。
能够对探测到的外部环境的变化作出判断， 并给出相应的改变材料状态的指令
(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。
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智能材料
如：将光导纤维、形状记忆合金和镓砷化合物半导体 控制电路埋入复合材料中。
光导纤维
半导体控制电路
形状记忆合金
传感元件 (检测结构中的
应变和温度)
控制系统 (根据传感元件的信
应用：智能窗(调节玻璃透光特性)
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智能材料 智能窗的应用：
图3 法拉利首款自动硬顶敞篷车
玻璃车顶采用了利用电场变化来改变颜色的电致变色 技术，可对料
汽车防眩目后视镜是 当前玻璃制造业前沿 产品-电致变色玻璃 在汽车上的应用。
汽车防眩目后视镜
汽车夜间行驶时根据后面行驶车辆前大灯射出的光线照射到 后视镜上产生的眩目光程度，自动控制后视镜的透光度，以 减少后视镜镜面的反射光强度，使驾驶员既能舒服的通过后 视镜了解后面行驶车辆及行人的情况，又能安全驾驶汽车。
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智能材料
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智能材料 材料的发展和应用历史：
图1 材料科学的发展演化过程
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智能材料
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上世纪
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第一章 智能材料概述
智能材料 材料发展的总趋势
海参是一种防御能力很差的棘皮动物，在海底它会经常遇 到敌人。它行动起来很迟缓，身体又绵软无力，可这不必担心 ，海参可以用”分身法”逃命。 如果被敌人盯上了，而又无路 可逃，海参就把身体紧缩起来，然后用尽力气把内脏从肛门挤 出来，敌人会立即盯住它的内脏。这样海参还照样活着而且不 久又生出内脏来，它的再生能力真是太强啦！ 有一种管状海参 ，当它被敌人捕捉住时，身体会分裂成两段，一段留下，另一 段被吃。留下的一段又会把失去的一段长出来。
息驱动元件动作)
执行元件 (使结构动作
改变性状)
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智能材料
识别
分析
判断
行动
智能结构的动作流程图
自适应地改变结构形状、刚度、 位置、应力状态、固有频率等
驱动元件
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智能材料
智能变色材料
由于光、电、热等外界条件的作用，使材料内部 结构发生变化从而改变材料对光波吸收的特性， 使材料呈现出不同的颜色。
使用这定义在实际中带来不便： ①化工品烧碱(NaOH)？ 按定义应是材料，但类似不胜枚举的化工产品都是原料。 ②来自采掘工业的沙石、木材等等？ 按定义似乎应是原料，习惯上将其归入建筑材料。 思考？食盐在加工中失去了其原质。烧碱在应用于其它化工加工过程时， 也要失去原质。所以，食盐和烧碱一 般都看作是化工原料。原料在加工 中一般均失去了原质。
材料自身 能够探测 到外部环 境状态的 变化
控制器
传
执
感
行
器
器
智能机构
能够自动 地执行改 变材料状 态的指令
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智能材料
智能材料的构成 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。 首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀。 其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。
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智能材料
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
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智能材料
智能材料的应用
在军事领域中的应用 智能材料与住宅智能化 与现代医学相联系的智能材料
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智能材料 （1）智能蒙皮
光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的智能蒙皮中， 或者在武器平台的蒙皮中植入传感元件、驱动元件 和微处理控制系统制成的智能蒙皮，可用于预警、 隐身和通信。
图2 变色太阳镜 汽车、飞机、船舶的前向玻璃或观察窗玻璃，起 防眩作用等。
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智能材料
2、电致变色薄膜 电致变色现象(Electrochromism)——材料在电场作 用下所引起的颜色变化，这种变化是可逆的、连续 可调的(透过率、吸收率、反射率三者比例关系可 调）。
机理： 一些氧化物薄膜在电场的作用下能够发生电子的交 换，导致颜色的改变。
智能材料
Intelligent Materials
主讲：刘秀奇
智能材料
智
能 材
智能家居
料
功
能
展
示
记忆合金趣味实验 智能太阳眼镜
智能玻璃
智能垃圾桶
智能材料
什么是材料？
《辞海》：人们把自然界经过开采而获得的 劳动对象称为原料。自然界自然存在而未经 过人类任何劳动输入的就不能称为原料。
例如：开采出来的矿物是冶金的原料， 种植出来的小麦是制造面粉的原料。
在加工工业中，一般把来自采掘工业和 农业的劳动对象称为原料，把经过工业加工 的原料（如钢铁、水泥）称为材料。
材料和原料合成为原材料。 3
智能材料
《辞海》定义可以总结为：经过人类劳动而取得的劳
动对象称为原料，经过二次加工的原料称为材料。
阐明了原料和材料之间的联系和区别，但却没 有指出材料在使用中本质的变化。
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智能材料
(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：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。
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智能材料 (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。
光色玻璃 电致变色薄膜
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智能材料
1、光色玻璃(变色玻璃) 能够随照射光强的变化而改变颜色。
原因： 含有在光照下能发生可逆变化的亚稳态色心： 在光波的照射下，色心的光吸收特性发生改变，从 而使光色玻璃表现出随光照而改变颜色的特性。
同相型光色玻璃 异相型光色玻璃
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智能材料 光色玻璃的应用：
状态。
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智能材料
智能材料必须具备感知、控制和驱动三 个基本要素。 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。
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智能材料的基本结构
智能材料不是一种单一的材料，而是一个由多种材料组元 通过有机紧密复合或严格地科学组装而构成的材料系统，是一 种智能机构。
能够对探测到的外部环境的变化作出判断， 并给出相应的改变材料状态的指令