智能材料课件

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智能材料
Intelligent Materials
教 材： 姚康德，成国祥．智能材料．北京：化学 工业出版社，2002． 参考书：

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杨大智．智能材料与智能系统．天津：天津大学 出版社，2000． 杜善义，冷劲松，王殿富．智能材料系统和结 构．北京：科学出版社，2002． 姜德生．智能材料、器件、结构与应用．武汉： 武汉工业大学出版社，2000． 陈莉．智能高分子材料．北京：化学工业出版社， 2005．
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863新材料领域专家委员会：
对使用环境敏感而且能对环境变化作出灵活 反应的材料 . 更确切地说 , 智能材料是一类集传感、 控制、驱动 ( 执行 ) 等功能于一体的机敏或智能材 料—结构系统,它能适时地感知与响应外界环境的 变化,实现自检测、自诊断、自修复、自适应等多 种功能。
共同点：智能材料应具有感知、判断和响应的功能。
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高性能化、多功能化、复合化、精细化、智能化 性能—材料对外部作用的抵抗特性
功能—从外部向材料输入一种信号时,材料内部发生质 和量的变化而产生输出另一种信号的特性
智能— 能接受、感知信号，且能处理，进而做出适 时的响应，即执行. 一切生命体皆具备的对外界刺激的反应能力.
动物：蜥蜴皮肤、乌贼、贝壳、海参、猫眼的瞳孔; 植物：含羞草、向日葵；
以功能材料为基础 , 以仿生学、人工智 能及系统控制为指导,依据材料复合的非线 性效应 , 用先进的材料复合技术 , 将感知材 料、驱动材料和基体材料进行复合。
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智能效应的基本原理： ——物质和场之间的交互作用过程
“ smart” ： 灵 活 、 机 敏 、 迅 速 感 觉 、 机 智 、 聪 敏 等 ；
“intelligent”：学习、预测、建立关系、推理、决策等。
“ intelligent materials” ：更复杂和高级，是仿生命 功
能的材料和结构。
1992年 日本 第一届国际智能材料会议.
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智能材料 材料的聪明程度: 功能材料
(3)信息积累和识别功能：能积累信息，能识别和区
分传感网络得到的各种信息，并进行分析和解释。
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(4)学习能力和预见性功能：能通过对过去经验的
收集，对外部刺激作出适当反应，并可预见未来并采 取适当的行动。
(5)响应性功能：能根据环境变化适时地动态调节自身
并作出反应。
(6)自修复功能：能通过自生长或原位复合等再生机制
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l989年 日本 高木俊宜 智能材料(intelligent materials) 其它提法： smart materials; smart structures; intelligent
structures，adaptive structures；机敏材料、聪敏材料、智能 结构、灵巧结构、自适应结构
来修补某些局部破损。
(7)自诊断功能：能对现在情况和过去情况作比较，从
而能对诸如故障及判断失误等问题进行自诊断和校正。
(8) 自动动态平衡及自适应功能 ： 能根据动态的
外部环境条件不断自动调整自身的内部结构，从而改 变自已的行为．以一种优化的方式对环境变化作出响 应。
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1.4智能材料的设计
1.4.1智能材料的设计思路
普通材料
智能材料来源于功能材料 功能材料是智能材料的基础
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功能材料
驱动材料：可根据温度、电场或磁场的变化改变
自身的形状、尺寸、位置、刚性、阻 尼、内耗或结构等，对环境具有自适 应功能——制成各种执行器/驱动器；
感知材料：能够感知来自外界或内部的刺激强度
(敏感料/ 及变化(如应力、应变、热、光、电、 传感材料) 磁、化学和辐射等) ——制成各种传 感器。
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课程内容
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 智能材料概述 智能材料的仿生构思 智能无机非金属材料 智能金属材料 智能高分子材料 电(磁)流变液 智能纤维 2学时 1学时 6学时 5学时 5学时 7学时 6学时
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第一章 智能材料概述
1.1引言
材料发展的总趋势：
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1.2.2智能材料的内涵
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；
具有驱动功能，能够响应外界变化； 能够按照设定的方式选择和控制响应；
反应比较灵敏、及时和恰当； 当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态。
1.2.3智能材料的特征
从仿生学的观点出发，智能材料内部应 具有或部分具有以下生物功能：
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(1)传感功能：能感知自身所处的环境与条件，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 ： 能通过传感神经网络，对系统的输入和
输出信息进行比较，并将结果提供给控制系统，从而获 得理想的功能。
1.2.1智能材料的定义
高木俊宜教授: 能够感知环境变化 ,并通过自我判断和结论而 实现指令和执行的新材料。
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杨大智等：
模仿生命系统，能感知环境变化，并能实时 的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响应的复合材料 或材料的复合。
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师昌绪：
模仿生命系统,能感知外界环境或内部状 态所发生的变化 , 而且通过材料自身的或外 界的某种反馈机制 , 能够适时地将材料的一 种或多种性质改变 , 作出所期望的某种响应 的材料。 三要素：感知、反馈和响应。
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智能材料系统和结构
——智能材料
●一个由多种材料组元通过有机的紧密复合 或严格的科学组装而构成的材料系统，与 结构密切相关，互为一体。
●多学科高度发展和相互交叉的产物：
材料科学、人工智能、信息科学、机械科学、生物科 学、化学和物理。
●本课程：侧重于智能材料系统。
1.2智能材料的内涵、定义和特征
机敏材料
兼具敏感（传感）材 料与驱动材料之特征， 即同时具有感知与驱 动功能的材料。 自身不具备信息处 理和反馈机制，不 具备顺应环境的自 适应性。
智能材料
机敏材料和控制系统相结合 的产物，集传感、控制和驱 动三种职能于一身，是传感 材料、驱动材料和控制材料 （系统）的有机合成。
可通过自身对信息进行感知、 处理并将指令反馈给驱动器执 行和完成相应的动作，对环境 作出灵敏、恰当的反应。