智能材料及其应用进展
智能材料的研究进展与应用前景
智能材料的研究进展与应用前景智能材料是一种能够在外部刺激下产生自主响应的材料，其响应可表现为物理、化学或生物特性上的变化。
智能材料在生物医学、环境监测、航空航天、机器人、能源等领域应用广泛。
本文将讨论智能材料的研究进展和未来应用前景。
首先，人们早在古代就开始研究智能材料。
例如，刺激响应木质材料可以由清朝文献中找到。
随着科学技术的不断发展，各种新型材料被开发出来，如形状记忆合金、电致变聚合物、智能纳米材料等。
这些材料的响应机制各不相同，但均是利用外界刺激引发内在结构的变化，使其产生自主响应。
例如，电致变聚合物就是一种利用外部电场刺激导致材料形状变化的材料。
当电场施加在电致变聚合物上时，材料内部的电荷会重新分布，导致聚合物链的排布发生改变，从而使聚合物产生收缩或伸展的动作。
这种材料可以用于制造自适应型传感器、微电机、人造肌肉等。
另外一种广泛应用的智能材料是形状记忆合金。
它是一种可以通过加热或外力刺激产生变形的金属合金。
它的特殊之处在于，即使经历非常大的位移和扭曲后，只要受到气温升高、电流通入或应力等外界刺激，就可以自动恢复到原来的形态。
这种材料可以用于制造太阳能板、人造心脏瓣膜、医疗器械和机器人等。
随着智能材料的不断发展，其应用前景也日益广泛。
例如，在生物医学领域，智能材料可以制造出可定向释放药物的微胶囊，这对于医治疾病的治疗非常重要。
这种材料不仅可以减少药物的剂量，还可以防止药物过量导致的毒副作用。
此外，智能材料还可以用于疾病的早期检测和诊断。
例如，化学/生物传感器等智能材料可以检测一些分子表征物，如蛋白质、细胞因子等，在常规诊断方法失效的情况下，更为敏感。
在环境监测领域，智能材料可以制造出高灵敏度和高选择性的传感器，可检测大气污染、水质污染和噪声等问题，提高环境保护和监管效率。
此外，智能材料还可以用于工业自主控制系统的开发和优化，实现对生产过程的实时监测和自动控制，以提高产品的品质和安全性，降低能源消耗成本。
智能材料的研究进展及其应用前景
智能材料的研究进展及其应用前景智能材料是指具有对外界刺激响应能力的材料。
它们能够根据环境的变化自主变形、修改或实现其他特殊的性能。
智能材料包含多种类型，例如形状记忆合金、聚合物材料、电致变材料、光致变材料等。
智能材料应用广泛，包括生物医学、环境治理、能源、航空等领域。
智能材料的研究已有多年历史。
20世纪60年代，美国陆军研究所的研究人员发现了一种新型合金——形状记忆合金。
这种合金具有压缩后自动回复原来形状的特性。
从此，智能材料的研究开始引起人们的关注。
随着科技的不断进步，智能材料的种类与应用也越来越广泛。
聚合物智能材料是一种独特的材料，其中聚合物是一种高分子材料。
聚合物智能材料具有快速响应的特性，而且物理、化学、电学、热学和光学性质都可以通过途径调节。
因为它们的特殊性质，聚合物智能材料被广泛应用于生物医学、环境治理、电子仪器以及新能源研究领域等。
智能材料应用于医疗健康领域在过去十年中取得了长足进展。
例如，生物酶适配体材料是一种获得快速发展的智能材料，是针对DNA、蛋白质、药物等生物物种的排布所设计的。
这种材料可以用于检测生物标志物、诊断许多疾病和癌症，甚至可以治疗某些疾病，如糖尿病、血友病。
环境治理是智能材料的另一应用领域。
例如，来自上海交通大学的一组研究人员已经成功制造出一种新型的光致变色纳米复合材料，其可以根据外界光的强度和波长自愿发生颜色变化。
这种材料在环境治理或者城市规划中可以用于调节建筑外观颜色，增强建筑的吸收光线能力，节约能源。
智能材料的研究应用前景非常广阔。
未来可以预见的应用领域包括建筑行业、电子仪器、能源领域、航空领域以及生物医学领域等。
例如，能在水下自主完成任务的智能机器人将成为未来航空领域发展的一个重要方向。
智能材料在能源领域的应用，也将会极大地优化现有设备的性能，并推动可再生能源的发展应用。
虽然智能材料有许多优点，但是目前其成本较高，制造与应用还存在一定的技术难度。
然而，随着技术的不断进步以及应用领域的不断拓展，智能材料未来的应用前景将会非常广泛。
智能材料在能源领域中的应用与发展
智能材料在能源领域中的应用与发展随着人类对新能源的需求越来越大，智能材料在能源领域中的应用越来越受到关注。
智能材料具有可编程性、自适应性、响应速度快等特点，可以实现自动控制和实时监测，成为能源领域中的一种重要技术手段。
本文将介绍智能材料在能源领域中的应用和发展。
一、智能材料在新能源领域中的应用1. 太阳能领域太阳能是一种无污染、可再生的能源，但是受到天气和地域的限制，太阳能利用率一直不高。
智能材料的应用可以提高太阳能的利用效率。
例如，利用智能材料制造的太阳能电池可以根据光照强度来调节电池的输出电压和电流，实现最大的能量收集。
此外，智能材料还可以用于太阳能集热器，在不同的气候条件下，自动调节反射率和吸收率以达到最优效果。
2. 风能领域风能是一种非常具有前途的可再生能源。
智能材料可以应用于风能发电机组，通过监测风速、方向和温度，调整风力机叶片的角度和旋转速度来保证风能的最大利用效率。
此外，智能材料还可以用于改进风能发电设备的材料，提高性能和使用寿命。
3. 能源储存领域智能材料在能源储存领域中的应用主要是针对电池和超级电容器等储能设备。
智能材料可以用于提高储能设备的性能，例如，利用智能材料制造的电极材料可以提高电池的储能密度和循环寿命。
此外，智能材料还可以用于开发新型超级电容器，提高能量密度和功率密度。
二、智能材料在能源领域中的发展趋势智能材料在能源领域中的应用已经取得了一定的进展，但是仍然面临一些挑战和需求，未来的发展还有很大的空间。
1. 应对新能源领域需求随着新能源的发展，智能材料应用于储能、输电、发电等领域将变得越来越重要。
智能材料可以提高新能源的效率、安全性和可靠性，降低成本。
未来智能材料将在新能源领域中得到广泛应用。
2. 发展更加智能化的材料尽管现有的智能材料已经有着很好的性能，但是还需要不断发展更加智能化的材料，以满足更为复杂的需求。
例如，利用纳米技术，开发出可以对环境温度、压力、湿度等多种信号进行识别和响应的材料。
智能材料的响应机理与应用前景
智能材料的响应机理与应用前景一、智能材料概述智能材料，也称为智能型材料或自适应材料，是一类具有感知、处理和响应外部刺激能力的新型材料。
它们能够根据外界环境或内部条件的变化，自动调整自身的性能，以适应不同的应用需求。
智能材料的发展，不仅能够推动材料科学的进步，还将对整个社会经济产生深远的影响。
1.1 智能材料的定义与分类智能材料可以定义为具有一种或多种智能特性的材料，这些特性包括但不限于感知、驱动、自修复、自组装等。
根据其功能和应用，智能材料主要可以分为以下几类：- 形状记忆材料：能够记忆并恢复其原始形状的材料。
- 热致伸缩材料：随温度变化而改变尺寸的材料。
- 电致伸缩材料：在电场作用下发生尺寸变化的材料。
- 磁致伸缩材料：在磁场作用下发生尺寸变化的材料。
- 自修复材料：在损伤后能够自我修复的材料。
1.2 智能材料的发展历程智能材料的研究始于20世纪70年代，随着科技的发展，智能材料的研究逐渐深入，并在多个领域得到应用。
智能材料的发展可以分为以下几个阶段：- 初始阶段：对智能材料的基本特性进行探索和研究。
- 发展阶段：智能材料的制备技术不断进步，应用领域逐渐拓展。
- 成熟阶段：智能材料的理论研究和应用技术日益成熟，开始广泛应用于各个领域。
二、智能材料的响应机理智能材料的响应机理是其智能特性的基础，涉及到材料的微观结构、化学组成以及与外界环境的相互作用。
2.1 感知机理智能材料的感知机理主要依赖于其内部的传感元件或结构，能够感知外部环境的变化，如温度、压力、湿度、电磁场等。
这些感知元件或结构可以是材料内部的纳米颗粒、纤维、孔隙等，也可以是与材料复合的传感器。
2.2 处理与决策机理智能材料在感知到外部刺激后，需要进行信息的处理和决策，以确定如何响应。
这一过程涉及到材料内部的信号传递、能量转换和控制逻辑。
例如，形状记忆合金在感知到温度变化后，通过内部的马氏体相变来实现形状的恢复。
2.3 响应与执行机理智能材料的响应与执行机理是其智能特性的最终体现。
智能材料的新进展和应用
智能材料的新进展和应用智能材料是一种能够实现功能性响应的新材料，是当今材料科学领域的研究热点之一。
它具有很多特殊的物理性质和机械性能，可以响应外部环境的变化产生特定的功能性响应。
随着科技的不断发展，智能材料也在不断进步，并应用于各个领域。
本文将分享智能材料的新进展和应用。
一、新进展1. 灵敏度提高目前，智能材料的灵敏度已大大提高。
智能材料可以对温度、压力、湿度、磁场等外部环境参数产生响应。
智能材料的响应速度、响应范围以及响应灵敏度也在不断提高，这使得智能材料在许多领域具有了更广泛的应用前景。
2. 功能性增强智能材料通过在普通材料中引入一些特殊的物理机制，可以实现很多特殊的功能。
比如，将石墨烯掺入聚氨酯中，可以制成具有超强阻尼性的材料。
另外，还可以通过将镍和钛的合金加工成形状记忆合金，来实现形状记忆效应。
3. 新类型的智能材料涌现传统的智能材料主要有形状记忆合金、磁性材料、微流控芯片等，但是随着科技的不断发展，新类型的智能材料也在不断涌现。
比如，生物响应性材料可以在生理体液的作用下实现生物功能的恢复。
此外，光致变形材料也是近年来一种新型的智能材料，其可以在受到光束的照射下产生变形。
二、应用领域1. 智能结构智能材料的响应特性能够在结构损坏前发出预警信号，从而实现结构的自诊断、自修复。
比如，在航空航天领域，可以将超声波检测器和智能材料结合使用，对飞机结构进行了有效的非破坏性检测。
2. 医疗健康智能材料在医疗健康领域也有很大的应用前景。
比如，智能电缆可以实现人体的神经仿生接口，从而将假肢与人体神经相连接。
另外，可降解敷料材料也是近年来智能医疗领域的研究热点之一。
3. 人机交互采用智能材料制成的人机交互设备，可以通过人体的姿态、语音、手势等实现设备的智能控制。
比如，可穿戴智能手环、智能手表等，都是利用智能材料制成的。
结论：智能材料的新进展和应用领域不断扩大。
未来，随着科技的不断发展和智能材料的不断研究，智能材料势必会得到更广阔的应用，为人类带来更多的福利和便利。
智能材料的研究现状与未来发展趋势
智能材料的研究现状与未来发展趋势智能材料是指具备响应环境和改变其性能以实现特定功能的特殊材料。
随着科技的不断进步，智能材料已经被广泛应用于诸多领域，如医疗、航空航天、电子、能源等。
本文将对智能材料的研究现状和未来发展趋势进行分析和讨论。
智能材料的研究现状主要表现在以下几个方面：一、功能多样性现有的智能材料已经具备了多种功能，如形状记忆、光学、电磁、热响应等。
形状记忆材料能够根据外界刺激或内部条件改变其形状；光学材料能够根据光照强度和波长变化其光学性能；电磁材料能够根据外界电场或磁场改变其电磁性能；热响应材料能够对热量做出响应，例如改变其导热性能。
这些功能多样性使得智能材料在各领域具备广泛的应用前景。
二、制备技术的进步智能材料的制备技术也在不断进步。
从传统的机械加工到现在的纳米技术、生物技术等，智能材料的制备已经具备多种多样的方法。
纳米技术可以制备出具有特殊功能的纳米智能材料；生物技术可以通过生物合成或改造生物微生物来制备具有特殊功能的生物智能材料。
这些新技术的出现为智能材料的研究和制备提供了新的途径和方法。
三、应用领域的拓展智能材料的应用领域也在不断拓展。
除了传统的医疗、航空航天、电子、能源等领域，智能材料还开始涉足环境保护、食品安全、智能交通等领域。
智能材料可以用于制备具有自愈合功能的环境保护材料；智能材料可以用于制备具有检测和监控功能的食品安全材料；智能材料可以用于制备具有智能导航功能的交通设备。
这些应用的拓展使得智能材料在更多领域发挥其特殊功能，推动了其研究的深入与发展。
一、功能性、多功能性随着科技的不断发展，人们对智能材料的功能性和多功能性的需求也在不断增加。
未来的智能材料将更加注重功能性的设计与开发。
针对疾病治疗和个体化医疗需求，未来的智能材料将具备更好的药物释放和控制能力；未来的智能材料将具备更高的能源转换效率和储能能力，以满足清洁能源需求；未来的智能材料将具备更高的环境适应性和环境监测能力，以应对全球气候变化和环境保护需求。
智能材料的研究进展及应用前景
智能材料的研究进展及应用前景
智能材料是继传统材料和常规复合材料之后的新型高技术材料，它根据人们的需要设计并制备出各种新型材料及产品，它们可逆地响应和处理人、环境及外部的作用，使材料随动、敏感、自适应，且兼有镍控制与执行的功能。
智能材料是由功能材料与智能单元构成的复合材料，功能材料是具有光、电、磁、声、热、力学和化学某些重要性能的材料，而智能单元则是具有自感知、自适应、自诊断、自修复功能的组件。
近年来，智能材料在各领域的应用越来越广泛，下面是一些具体的应用示例：
1. 智能调节：智能材料可以根据环境条件和外部作用进行自适应调节，例如，调节温度、湿度、压力等。
2. 生物医学应用：智能材料可以用于制造医疗器械和药物，如智能药物和智能假肢。
3. 建筑领域：智能材料可以用于制造智能建筑，例如，可以自动调节室内温度和湿度的建筑。
4. 航空航天领域：智能材料可以用于制造飞机和卫星的机翼和机舱，以优化空气动力学性能和减少能量损失。
5. 能源领域：智能材料可以用于制造太阳能电池板和风力发电机，以优化能源效率和减少能源损失。
总之，智能材料的研究和应用前景非常广阔，它们可以应用于各个领域，为人类带来更多的便利和福利。
新型智能高分子材料的研究与应用
新型智能高分子材料的研究与应用随着科技水平的不断发展，智能材料的研究和应用越来越受到广泛的关注。
而在众多的智能材料中，新型智能高分子材料的研究和应用也成为了当前的热点话题。
智能高分子材料是目前材料科学领域中一种较为先进的材料，它的特殊性能和广泛的应用领域受到了各个领域的研究者和应用者的广泛关注。
下面我们将从新型智能高分子材料的研究和应用方面来一一介绍。
1.新型智能高分子材料的研究进展(1)嵌段共聚物嵌段共聚物是指在一条聚合物链上，有两种或多种不同的聚合单体交替出现，由此形成了多种纳米结构的高分子材料。
在这种结构之中，聚合单体之间的相互作用是非常重要的。
随着研究的深入，嵌段共聚物的应用场景越来越广泛，例如将其应用于纳米材料的研究工作当中。
(2)烯烃-芳香二元共聚物烯烃-芳香二元共聚物是指在一条聚合物链上，同时存在烯烃和芳香烃两种聚合单体。
这种材料在制备的过程中，烯烃和芳香烃之间的相互作用非常重要。
(3)超支化聚合物超支化聚合物是一种具有非常高分子量的聚合物，其形状非常奇特，由于其特殊的结构，超支化聚合物的性质也非常独特。
在实际应用当中，超支化聚合物的应用场景非常广泛，例如在纳米材料和生物医学领域等方面都能够发挥非常重要的作用。
(4)中息肉中息肉是指一种新型智能高分子材料，在制备过程中会发生逆转的“脱溶-相分离-再溶胀”过程。
中息肉具有很好的智能响应性质，能够非常敏锐地响应于外部环境的变化。
在实际应用方面，中息肉也被广泛用于人工智能领域的研究工作中。
2.新型智能高分子材料的应用新型智能高分子材料的应用场景非常广泛，下面我们将介绍一些比较典型的应用领域。
(1)传感器新型智能高分子材料由于具有非常好的响应性质，在传感器方面的应用也非常广泛。
例如在温度传感器、压力传感器和湿度传感器等方面都有广泛的应用。
而在这些传感器中，新型智能高分子材料具有更好的灵敏度和响应速度。
(2)生物医学在生物医学领域中，新型智能高分子材料也被广泛应用。
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智能材料及其应用进展姓名：吴柏君学号：201307231班级：应化1301班专业：化学与生物工程学院兰州交通大学2015年10月20日摘要:概述了智能材料的内涵;介绍了智能材料的设计思想来源,材料组元的选择和复合形式以及其中的几条复合途径;综述了压电陶瓷复合材料和压电聚合物、形状记忆合金和形状记忆高分子聚合物、光纤材料和电流变体等几类智能材料的研究情况和应用概况;最后,指出了智能材料的研究价值和广阔的应用前景。
关键词: 智能材料; 压电陶瓷; 形状记忆合金; 光纤材料; 电流变体中图分类号:TB381文献标识码:A材料是人类生活和生产的基础,一般将其划分为结构材料和功能材料两大类。
对结构材料主要要求的是其机械强度;而对功能材料则侧重于其特有的功能。
智能材料不同与传统的结构材料和功能材料,它模糊了两者之间的界限,并加上了信息科学的内容,实现了结构功能化,功能智能化。
由智能材料组成的智能结构具备传感、驱动和控制三个基本要素,能通过自身的感知,做出判断,发出指令,并执行和完成动作,实现自检测、自诊断、自监控、自校正、自修复及自适应等多种功能[1～5]。
当前,科学技术的发展对材料性能的要求越来越高。
本文将对智能材料的设计原理和其中几类智能材料的发展状况及其应用情况作概括介绍。
1智能材料设计原理智能材料的设计思想来自于下列因素:(1)材料的开发历史,结构材料※功能材料※智能材料;(2)人工智能计算机对材料性能的新要求;(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造;(4)软件功能引入材料;(5)对材料的期望;(6)能量的传递;(7)材料具有时间轴的观点,即仿照生物体的功能[6]。
随着信息科学的迅速发展,自动装置不仅用于机器人和计算机等人工机械,更可用于能条件反射的生物机械。
此自动装置能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。
过去输入的信息则作为内部状态存储于系统内。
因此,自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。
智能材料与自动装置的概念相似,可控制材料内部状态系数、状态转变系数和输出系数的变化来实现材料的智能化。
对于陶瓷,就是涉及材料组成、结构与功能性的关系。
陶瓷一般是微小晶粒的多晶聚集体,可添加微量的第二组分控制其特性。
该第二组分的本体和微晶界的性能均影响材料特性。
为使陶瓷具有高功能进而达到智能化,应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。
用现有材料组合,并引入多重功能,特别是软件功能,可以得到智能材料。
由于智能材料具有传感、处理和执行功能,其研制即是将此类软件功能(信息)引入材料,将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构,使材料智能化。
此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关,同时也是环境的函数[6]。
智能材料组元的选择有敏感材料和功能材料两大类。
敏感材料包括压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆材料、电(磁)致粘流体、液晶材料、PH控伸缩材料等;功能材料包括磁性材料、超导材料、导电材料、半导体材料等。
材料复合的形式可分为嵌入式和积层式两大类。
嵌入的材料包括颗粒、短纤维材料等,而积层式则指功能、敏感以及结构材料的多层复合。
材料智能化的几条典型途径:压电材料+电热材料※压热材料(阻尼材料);压电材料+电致变色材料※压致变色材料(示警材料);光电材料+电致变色材料※光致变色材料(智能玻璃);PH致伸缩材料+压电材料※PH致电材料(生体材料)[7]。
2智能材料发展现状随着太空通讯、观测等要求的提高,航天飞行器的重量越来越大。
为减轻重量,降低发射成本,必须采用新的材料设计方法。
自1985年起,美国政府提出了开展智能材料的研究计划,要求航天飞行器具有自适应性能。
1987年,此项目列入美国空军科研项目[8]。
1990年,四大学会(ADAA、AIAA、ASME、SPIE)联合举办了主动材料和自适应材料技术交流会。
同年,美国举行了美日联合第一届自适应结构学术交流会。
近年来,国际上关于智能材料的研究和学术活动十分活跃;我国对这一新兴学科的研究也十分重视,国家自然科学基金、航空基金等从1993年起每年都将智能材料列入研究计划项目,此后的资助强度不断加大。
国内已有一批研究单位在该领域的研究达到国际先进水平。
2.1压电智能材料压电效应是指在材料上施加机械力应力时,材料的某些表面会产生电荷,这种现象被称为正压电效应;与此相对应,如对材料的某些表面施加电场,则材料会产生几何变形,此现象被称为逆压电效应[9]。
压电智能材料包括压电陶瓷、压电聚合物和压电复合材料等。
压电陶瓷的优点是可通过调节组分改变材料的性能,而且其耐热,耐湿和化学稳定性好等。
目前应用最广泛的压电陶瓷有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸铅镧(PLZT)。
其中PZT具有较高的居里温度、高介电常数、高机电耦合系数,其研究和应用一直十分活跃。
国内外对压电陶瓷及其复合智能材料的应用研究主要集中在两个方面:结构的声和振动主动控制与结构形状的自适应控制[10]。
1991年,弗吉尼亚工学院研制出了压电陶瓷结构声主动控制系统(ASAC)。
美国某公司利用ASAC装置,采用声误差传感,把110 dB声源的声强降低了29 dB,声强和声功率降低了7～8.5 dB。
美国宾州大学利用含有压电层的主动声控系统使5～11 kHz频率的回声降低了35 dB。
目前,ASAC装置中的压电驱动器在美国已经商品化。
压电陶瓷既具有传感功能又易于改性,并易于与其它材料兼容,因此可以和其它材料复合制成自适应结构。
1991年,美国使用压电技术建立了谐振控制系统,并应用这一系统设计了直径为6英尺的无轴承的智能旋翼。
1993年,美国研制了含有主动控制的压电复合材料结构。
压电聚合物智能材料,如聚氟乙烯(PVDFP或VDF2),突出的优点是具有低的声阻抗和介电常数,柔软性好,耐击穿。
美国Florida大学制成了压电聚合物传感器,用以识别盲文书信和不同级别的砂纸,具有接近100%的准确性,在勘探和目标识别中大有前途。
美国Pisa大学制成了压电皮肤传感器,对环境温度和压力具有敏感性[11]。
目前,压电材料已成功应用于各种光跟踪系统、自适应光学系统、机器人位移定位器、磁头、喷墨打印机和扬声器等高科技领域。
国内对压电材料的研究基本上还处于初步研究阶段。
2.2形状记忆智能材料在高温下处理成一定形状的金属急冷下来,在低温状态下经塑性变形为另一种形状,当再加热至高温稳定状态时,材料通过马氏体相变恢复到低温塑性变形前的形状,这就是形状记忆效应[2]。
著名的形状记忆合金有镍钛合金、InTl、CuAl、NiAl、AgZn和AgCd等。
形状记忆合金最初用于拉曼F14战斗机中液压管接头密封,防止高压液泄露。
形状记忆合金还可以作飞机的模型的扭力管。
该扭力管可以用来控制机翼结构的气动外形。
形状记忆合金冷却时呈橡皮状,加热时很像不锈钢。
工作时,机翼结构受扭力管产生的扭转力作用,当扭力管冷却时,机翼产生负扭转。
采用形状记忆材料制作的机翼,通过形状改变,可显著降低阻力和跨音速激波,提高油效[12]。
美国已用形状记忆合金作为致动器的树脂基复合材料夹心结构的“柔性机翼”;该机翼可在各种飞行速度下始终自动保持最佳翼型,大幅度提高飞行效率,并可对出现的危险振动自行抑制[10]。
形状记忆合金随温度变化而改变其弹性模量,可以作为力学执行器和刚性执行器,控制运动和形状。
日本人制成了一种形状记忆合金,通过对合金加热收缩来防止裂纹的扩展,用于防止地震等造成的桥梁或大型建筑物的建筑、土木结构的突发性破坏[8]。
美国人在建筑物的合成梁中埋植形状记忆合金纤维,在热电控制下,能像人的肌肉纤维一样产生形状和张力的变化,从而根据建筑物受到的振动改变梁固有刚性和固有振动频率,减小振幅,使框架结构的寿命大大延长[4]。
形状记忆合金在自动探测和主动控制等方面, 也取得了很大的进展,其中包括:(1)振动和噪声的主动控制及隔振。
其中北航主持的“智能主动变刚度支撑控制发动机振动”的研究已经取得了阶段性98济南大学学报(自然科学版)第16卷的成果,其技术关键是采用了形状记忆合金智能弹性支撑系统。
该技术的减振幅度将有可能达到所有减振技术中的最大值。
(2)裂纹的主动探测和控制。
在关键构件的易于出现裂纹的部位沿多个方向铺设一些形状记忆合金丝,利用其电阻率对应变敏感、不加热可以产生巨大恢复力等特点,可以实现主动探测裂纹和控制裂纹发展,从而保证构件工作的安全可靠性。
另一类形状记忆材料是日本开发的形状记忆高分子聚合物,即弹性记忆材料。
当温度达到特征转变温度时,材料从玻璃态转化为橡胶态,相应地,弹性模量有一大的变化,出现大的形变;随着温度增加,材料变得柔顺,因而容易变形;温度下降时,硬化为持续可塑的新形状[11]。
2.3光纤智能材料早在1991年美国就提出智能构件“健康”监控系统(SHMS),其中的传感材料就是光纤。
人们最初关心的是光纤维材料的埋入,是否会引起材料层间断裂韧性的下降或基体材料的损伤。
后来的实验表明,对环氧复合材料埋入光纤,并没有降低拉伸强度和压缩强度,也没有引起层间断裂韧性的降低。
目前,人们使用光纤已制作成各种埋入式复合材料传感器,其作用有(1)监测复合材料加工制造过程,随时报告加工过程中出现的缺陷;(2)监测飞行器结构所处的状态,随时报告疲劳和温度等情况;(3)利用光纤传感器和神经网络处理器对结构进行在线综合评估。
已试用的光纤传感器有(1)微弯光纤时域反射分布应变传感器;(2)动态偏振光纤应变传感器;(3)干涉应变传感器;(4)Bragg Gtrating分布传感器。
与这些传感器相结合,发展了诸如光纤反射放大成像技术、光纤应变接线盒等。
加拿大多伦多大学和波音公司建立了世界上首架含有光纤的机翼前缘损伤评估系统原型。
冲击过载实验表明,埋入光纤进行损伤评估是可行的,并解决了埋入光纤的处理和铺层分布、多传感器的结构和多路传输、传感器信号的再生和结构间连接等问题。
1994年,在德国的Calgary市建成了第一座由预应力碳纤维复合材料和钢筋结构组成的桥,在碳纤维中加入光纤布拉格光栅应变传感器,检测碳纤维预应力的损失情况。
1995年,Fuhr,Huston等人在桥梁结构的钢筋上安装了光纤腐蚀传感器,分别探测钢筋的腐蚀情况。
我国有关单位也在光纤维传感方面作了很多研究工作。
如利用光纤对三峡大坝建立“健康”状态监测系统,研究光纤处理及信号复制等问题,但关于SHMS的整体研究还非常薄弱。
此外,人们还应用光纤使飞行器隐形。
其原理是将光纤埋入结构材料中,光纤端面位于材料表面,其中一部分为发光光纤,另一部分为接受光纤,发光光纤发射出不在红外探测器探测范围的光波,在远离材料的表面形成一道光波墙,达到隐形的目的。
而接受光纤主要用来接受制导激光信号,便于及时采取干扰措施[8]。