智能材料的开发与应用
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。
人工智能材料学
人工智能材料学一、引言随着科技的不断发展，人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）已经成为当今世界热门的话题之一。
人工智能作为一项新兴技术，正在改变着人们的生活和工作方式。
材料学是一个与人工智能密切相关的学科，它涉及到材料的设计、制备、性能优化等方面。
本文将从人工智能在材料学中的应用入手，深入探讨这两个领域之间的关系。
二、人工智能在材料学中的应用1. 材料设计传统上，材料设计是通过实验室试错法来实现的。
但是这种方法耗时耗力，并且需要大量的资源。
而借助于机器学习技术，可以通过对大量数据进行分析和处理来快速找到最优解。
例如，美国加州理工学院（Caltech）和斯坦福大学（Stanford）合作开发了一个名为“Materials Project”的平台，利用机器学习算法来预测材料的性质和行为，并提供给研究者使用。
2. 材料制备利用人工智能技术可以优化材料制备过程并提高效率。
例如，在纳米领域，研究人员可以使用机器学习算法来预测纳米颗粒的形状和大小，并指导制备过程。
这种方法不仅可以提高制备效率，还可以获得更高质量的纳米颗粒。
3. 材料性能优化利用人工智能技术可以对材料进行性能优化。
例如，研究人员可以使用机器学习算法来预测材料的抗拉强度、硬度等性能，并通过修改材料组分和结构来实现性能的优化。
三、人工智能在材料学中的发展前景1. 加速材料开发利用人工智能技术可以加速新材料的开发过程。
传统上，新材料的开发需要耗费大量时间和资源。
而利用机器学习算法，可以快速地对大量数据进行处理和分析，从而找到最优解。
2. 提高材料性能利用人工智能技术可以提高材料的性能。
通过对大量数据进行分析和处理，研究人员可以找到最佳组分和结构，并通过修改实现性能的优化。
3. 推动产业升级随着人工智能技术在材料学中的应用不断深入，将会推动材料行业的产业升级。
通过利用人工智能技术，可以实现材料制备过程的自动化和智能化，从而提高生产效率和降低成本。
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。
智能材料在军事领域的应用
智能材料在军事领域的应用智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。
智能材料在目前文献中的提法大都为机敏材料( Smart Material )、机敏结构( Smarts Structure)、自适应结构 (A daptive Strueture)、智能材料( Intelligent Material )、智能结构( Intelligent Strueture),这些概念国内外至今尚无统一的定论。
不容质疑智能材料是未来的重要科学领域。
此次来介绍智能材料在军事领域的应用。
作为一种新兴技术材料,智能材料的应用日益引起人们的广泛兴趣,在军事、医学、建筑和纺织服装等领域都有着广阔的发展前景。
智能材料在军事应用中具有很大的潜力,其研究、开发和利用,对未来武器装备的发展将产生重大影响。
目前,在各种军事领域中,智能材料的应用主要涉及到以下几个方面。
一·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。
1985年美国空军的“预测计划II”首先提出了光纤智能蒙皮/结构的概念。
随着进一步的研究发展,1994年美国空军动力飞行实验室进行了结构飞行演示,麦道公司对F-15战斗机的外侧前缘、F-18战斗机的蒙皮进行了智能结构飞行试验。
目前,为了未来的弹道导弹监视和预警卫星系统,美国弹道导弹防御局正在研究在复合材料蒙皮中植入核爆光纤传感器、X射线光纤探测器、激光传感器、射频天线等多种传感器的智能蒙皮。
这种智能蒙皮可以被安装在天基防御系统空间平台的表面上,实时监视和预警来自敌方的各种威胁,美国空军莱特实验室正在把一个承载天线结合到表层结构中,与传统外部嵌置的天线相比,这种一体化结构的天线能够有效提高飞行器的空气动力性能、减轻飞行器结构重量和体积、提高天线性能、降低生产成本和维修费用。
生物医用聚合物智能材料开发及生物仿生性能研究
生物医用聚合物智能材料开发及生物仿生性能研究随着医学技术的不断发展，人们对医用材料的需求也越来越高。
聚合物智能材料是一种新型的医用材料，其具有较高的生物相容性、机械性能和生物仿生性能，被广泛应用于生物医学领域。
本文将探讨生物医用聚合物智能材料的开发及其生物仿生性能研究。
一、聚合物智能材料简介聚合物智能材料是指一类可计算机控制的材料，其能够在预先设定的刺激下作出特定的反应。
这些反应可以是化学、物理或机械性质的变化，可能是可逆的或不可逆的。
聚合物智能材料常被用于制作人工智能、传感器、微机电系统等。
在生物医学领域，聚合物智能材料具有广泛的应用前景。
其因具有高度的生物相容性和生物仿生性能而受到青睐。
举个例子，目前许多心脏起搏器已经采用聚合物智能材料作为电极材料，因为这种材料能够与心脏组织紧密结合，从而提高心脏起搏器的安全性和稳定性。
二、生物医用聚合物智能材料的开发1.生物相容性生物相容性是指材料与生物体无害或极少有害的程度。
因此，生物相容性是制作生物医学材料时必须考虑的重要因素之一。
针对生物相容性问题，研究人员通常会进行从材料合成和处理到体外以及体内实验的全面评估。
大多数聚合物智能材料因其结构、物化性质与生物组织等生物物质之间的相互作用而受到限制，而导致其无法用于生物医学领域。
因此，为了克服这些限制，研究人员采用了许多方法来改善生物相容性。
例如，引入生物活性分子或改变材料表面特性等。
2.机械性能生物医用聚合物智能材料的机械性能是其应用的另一个重要因素。
通常情况下，这些材料必须具有适当的强度、刚度和弹性，以满足生物组织和器官的特定需求。
对于一些重要的生物医学应用，如骨细胞工程和关节替换，材料的机械性能至关重要。
研究人员通常使用聚合物纤维、纳米纤维等材料来改善材料的机械性能。
这些材料不仅具有更好的强度、刚度和弹性，还具备较好的生物相容性，易于成型和处理为各种形状。
三、生物医用聚合物智能材料的生物仿生性能研究生物仿生性能与生物材料的性质密切相关。
纳米材料在智能材料中的应用
纳米材料在智能材料中的应用智能材料是一类具有感知、响应和调控能力的先进材料，能够根据外界环境的变化自主地改变其物理、化学或机械性质。
近年来，纳米材料的出现为智能材料领域注入了新的活力。
纳米材料具有尺寸效应、界面效应和量子效应等独特性质，使得它们可以应用于各种智能材料的开发和改进。
一种典型的纳米材料在智能材料中的应用是纳米传感器。
纳米传感器是一种能够对微小信号进行高灵敏度检测和响应的传感器。
纳米颗粒作为传感器的基本组件，通过表面修饰可以获得特定的选择性和灵敏度。
例如，纳米金粒子可以应用于检测环境中的污染物，如重金属离子和有害气体。
当污染物与纳米金粒子之间发生反应时，纳米金粒子的表面等离子体共振峰值发生变化，通过测量这种变化就可以准确检测出环境中的污染物浓度。
此外，纳米材料还可以用于制造智能涂料。
智能涂料可以根据外界环境的变化自主地改变其颜色或透明度。
纳米粒子的尺寸效应使得智能涂料可以通过控制纳米尺度结构的改变来调节其光学性质。
例如，纳米钛酸盐颗粒可以用于制作光敏涂料，当紫外线照射到涂料表面时，纳米颗粒会吸收光能并发生结构改变，从而改变涂料的颜色。
这种智能涂料可以应用于可见光调节、光电子器件和光学显示等领域。
在智能材料的研究中，纳米材料还发挥了重要的作用。
纳米材料具有巨大的比表面积和高活性表面，使得智能材料的性能能够得到显著的提升。
例如，纳米粒子增强的聚合物材料可以具有更高的力学强度和热稳定性，可以应用于航空航天和汽车制造等领域。
此外，纳米材料还可以用于制造智能纺织品，例如利用碳纳米管制备的智能纤维可以具有良好的导电性能和机械强度，能够应用于智能服装和电子器件。
纳米材料在智能材料中的应用还可以延伸到能源领域。
纳米材料在能源转换和存储中具有巨大潜力。
例如，纳米材料可以应用于制造高效的太阳能电池和燃料电池，通过纳米结构的调控可以提高光电转换效率和电化学性能。
此外，纳米材料还可以应用于储能材料的研究，例如利用纳米硅颗粒制备的锂离子电池电极，可以实现更高的能量密度和循环寿命。
智能材料在生物医学领域的应用研究进展
智能材料在生物医学领域的应用研究进展智能材料是一种能够对外界环境做出响应和变化的材料，其在生物医学领域的应用正在得到越来越多的关注和研究。
这些智能材料，通过其独特的特性，为医学领域提供了许多新的治疗和诊断方法。
本文将介绍智能材料在生物医学领域的应用研究进展，包括智能药物输送系统、智能仿生材料以及智能生物传感器等方面。
一、智能材料在药物输送系统中的应用智能药物输送系统是将药物通过智能材料载体，精确、定时地释放到患者体内的方法。
这种方法可以增加药物的疗效，降低不良反应，并提高患者的生活质量。
智能材料通常通过对外部刺激如温度、pH值等的响应来控制药物的释放。
例如，一些智能材料可以在特定的温度下保持稳定，但在其他温度下会释放药物，从而实现药物的定向输送。
另外，还有一些智能材料通过对光、电、磁等刺激的响应来实现药物的控制释放。
这些智能药物输送系统的研究成果为药物治疗的个性化提供了可行的途径。
二、智能材料在仿生医学领域的应用仿生医学是模拟生物体内的结构和功能，开发新型的医疗材料和技术，用于替代和修复组织和器官的研究领域。
智能材料在仿生医学领域的应用，可以帮助人们更好地理解和模拟生物体内的复杂结构和功能。
例如，智能生物支架可以模拟组织的生物相容性和力学性能，用于修复受损的组织。
同时，一些智能材料还可以模拟生物体内的微环境，为细胞生长和分化提供适宜的环境。
三、智能材料在生物传感器中的应用智能生物传感器是一种将生物学反应与物理信号转换的设备，可以用于检测和监测生物分子的浓度和活性。
智能材料作为传感器组件的关键材料，在生物传感器中具有重要的应用价值。
智能材料可以通过与生物分子的特异性相互作用来产生信号响应，并将其转换为可观测的物理信号。
例如，一些智能材料可以通过与特定蛋白质的结合，改变其光学性质，从而在传感器上产生光学信号。
这些智能生物传感器以其高灵敏度和快速检测的特性，为药物筛选、癌症早期诊断、环境监测等提供了新的解决方案。
仿生智能材料
仿生智能材料
仿生智能材料是一种结合生物学和材料科学的新型材料，它模仿生物体的结构和功能，具有自愈合、自适应、自修复等特点，被广泛应用于医学、机器人、智能材料等领域。
本文将介绍仿生智能材料的原理、应用和未来发展趋势。
1. 原理。
仿生智能材料的原理是通过模仿生物体的结构和功能，设计和制造具有类似特性的材料。
它可以模仿生物体的结构，如多孔结构、纳米结构等，也可以模仿生物体的功能，如自愈合、自适应、自修复等。
这些特性使得仿生智能材料具有很高的韧性和适应性，可以在不同环境下发挥作用。
2. 应用。
仿生智能材料在医学领域有着广泛的应用。
例如，可以用于制造人工皮肤、人工器官等医疗器械，具有很好的生物相容性和自愈合能力，可以大大提高医疗设备的效果和安全性。
此外，仿生智能材料还可以用于制造智能机器人，使其具有更高的灵活性和适应性，可以应用于复杂环境下的工作和探索。
3. 未来发展趋势。
随着科学技术的不断发展，仿生智能材料将会有更广泛的应用。
未来，它有望应用于更多领域，如智能材料、环境保护、能源开发等。
同时，随着对仿生智能材料原理的深入研究，人们将能够设计和制造更加复杂和多功能的仿生智能材料，为人类社会的发展和进步提供更多的可能性。
总结。
仿生智能材料作为一种结合生物学和材料科学的新型材料，具有很高的应用前景和发展潜力。
它不仅可以在医学领域发挥作用，还可以应用于智能材料、环境保
护、能源开发等领域。
随着科学技术的不断进步，相信仿生智能材料将会为人类社会的发展和进步带来更多的惊喜和可能性。
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智能材料的开发与应用 智能材料又称机敏材料,其构想来源于仿生。不同于结构材料和功能材料,智能材料能通过自身的感知而获取外界信息,作出判断和处理,发出指令,继而调整自身的状态以适应外界环境的变化,从而实现自检测、自诊断、自调节、自适应、自修复等类似于生物系统的各种特殊功能。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2种或2种以上的材料复合构成一个智能材料系统。随着现代材料科学、微电子技术和计算机技术的快速发展,智能材料在许多领域已引起人们的兴趣并展现出广阔诱人的发展前景。 1 智能材料的基本构成和工作原理 智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器4部分组成[1]。 (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。高分子材料重量轻、耐腐蚀,具有粘弹性的非线性特征而成为首选,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。常用驱动材料有形状记忆材料、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。 (5)信息处理器 信息处理器是核心部分,它对传感器输出信号进行判断处理。 2 智能材料的分类 可用于智能材料的材料种类在不断扩大,因此智能材料的分类方法很多。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,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。金属系智能材料目前所研究开发的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,有高分子凝胶、智能高分子膜材、智能型药物释放体系和智能高分子基复合材料等[2]。 3 智能材料的应用领域 作为一种新兴技术材料,智能材料的应用日益引起人们的广泛兴趣,在军事、医学、建筑和纺织服装等领域都有着广阔的发展前景。 3.1 军事领域中的应用 智能材料在军事应用中具有很大的潜力,其研究、开发和利用,对未来武器装备的发展将产生重大影响。目前,在各种军事领域中,智能材料的应用主要涉及到以下几个方面。 (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[3,4]。1985年美国空军的“预测计划II”首先提出了光纤智能蒙皮/结构的概念。随着进一步的研究发展,1994年美国空军动力飞行实验室进行了结构飞行演示,麦道公司对F-15战斗机的外侧前缘、F-18战斗机的蒙皮进行了智能结构飞行试验。目前,为了未来的弹道导弹监视和预警卫星系统,美国弹道导弹防御局正在研究在复合材料蒙皮中植入核爆光纤传感器、X射线光纤探测器、激光传感器、射频天线等多种传感器的智能蒙皮。这种智能蒙皮可以被安装在天基防御系统空间平台的表面上,实时监视和预警来自敌方的各种威胁,预计在2010年前后能获得初步应用。美国空军莱特实验室正在把一个承载天线结合到表层结构中,与传统外部嵌置的天线相比,这种一体化结构的天线能够有效提高飞行器的空气动力性能、减轻飞行器结构重量和体积、提高天线性能、降低生产成本和维修费用。该计划预计在2013年进行模型样机的试飞。 (2)结构检测和寿命预测 智能结构可以对构件内部的应变、温度、裂纹进行实时测量,探测其疲劳和受损伤情况,从而实现对结构进行监测和对寿命进行预测。 光纤具有尺寸小、质量轻、可挠曲、耐腐蚀,不受电磁干扰,与复合材料有良好相容性等特点,且灵敏度高、耐高温,易实现远距离测量而受到人们的青睐[5]。目前一些先进国家采用光纤智能材料与结构进行复合材料的状态检测与损伤估计,即在材料或结构的关键部位埋置光纤传感器或其阵列进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测[6]。空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构,可实时探测由于交会对接碰撞、陨石撞击或其他原因引起的损伤,对损伤进行评估,实施自诊断。压电元件由于既可作传感器又可作驱动器,频响高,处理电路简单,近年来基于压电元件的结构损伤实时在线检测成为国际上的热点。美国斯坦福大学采用分布式压电传感器、驱动器进行了复合材料结构所受冲击机冲击损伤情况的研究,荷兰国家宇航实验室、美国波音公司、美国Sandia及LosAlamos国家实验室等研究机构也都在进行这方面的研究。形状记忆合金(SMA)应用于智能复合材料是由于其在低温下的形状记忆功能和其在高温下的超弹性,应用最为广泛的是NiTi合金。美国应用SMA制成了夹心结构树脂基复合材料用于“柔性机翼”。该机翼在各种飞行速度下可自动保持最佳翼型,提高飞行效率,并可自行抑制出现的危险振动。 (3)减振降噪 智能结构用于航空航天系统可以消除系统的有害振动,减轻对电子系统的干扰,提高系统的可靠性;用于舰艇,可以抑制噪声传播,提高潜艇和军舰的声隐身性能。国外正在研究的具有减振降噪功能的智能结构主要由压电陶瓷、形状记忆合金和电致伸缩等新材料制成。如Lord公司用超磁致伸缩材料研制的一套智能减震系统,安装在飞机发动机支架上,使机舱内的噪声减小20dB以上[7]。将压电材料置入飞机机身内,当飞机遇到强气流而振动时,压电材料便产生电流,使舱壁发生和原来振动方向相反的振动,抵消气流引起的振动噪音[6]。 (4)环境自适应结构 由智能结构制成的自适应飞机机翼,能实时感知外界环境的变化,同时驱动机翼发生弯曲、扭转以改变翼型和攻角,从而获得最佳的气动特性,自适应机翼将大大减轻重量,提高响应速度,减少转弯半径,改善雷达散射截面,增大升阻比。例如当飞机在飞行过程中遇到涡流或猛烈的逆风时,机翼中的智能材料就能迅速变形,并带动机翼改变形状,从而消除涡流或逆风的影响,使飞机仍能平衡地飞行。美国Grumman飞机公司用超磁致伸缩智能型材料作驱动组元制造的自适应机翼模型,其响应速度比传统的液压系统提高了20倍,后缘倾转60%,航程增加了35%。美国波音公司和麻省理工学院联合研究出在桨叶中嵌入智能纤维,可使电致流变体时桨叶扭转变形达几度[7]。 3.2 医学领域中的应用 智能材料与现代医学联系日益密切,一些传统医疗方法得到革命性的改变,而智能材料医疗器械更是显现出其巨大的优势[8]。 (1)人造皮肤 科学家们已经在实验室里开发出了人造骨、人造血管、人造角膜、人造皮肤等人造器官。但安全性一直受到质疑,美国药物及食品管理局迄今为止只批准了人造皮肤这一个产品的市场销售[9]。从20世纪80年代美国麻省理工学院的Bell教授发现纤维细胞可渗入胶原中生长并形成真皮类似结构到后来在此基础上开发的双层人造皮肤Apligraft,人们一直想在这方面有更大的进展和突破[10]。1994年意大利比萨大学的科研人员研制成功一种人造皮肤智能材料,这种材料能够感知到温度、热流的变化以及各种应力的大小,并具有良好的空间分辨力。2004年日本北里大学黑柳能光教授研制出一种新型人造皮肤,为重度烧伤及褥疮患者带来了福音。该人造皮肤是一层由胶原和透明质酸制成的特殊海绵,海绵上附有志愿者提供的皮肤细胞。随着科技的发展,学科的交叉渗透,相信这种人造皮肤智能材料会得到进一步的开发和利用。 (2)在药物自动投入系统中的应用 智能型水凝胶作为医药控制释放材料是近年研究的热点,如:载胰岛素的PMMA凝胶对胰岛素的释放受电场开-关的控制,具有通断特性[11];温敏水凝胶可作为骨架材料、控释膜、微球及胶团药物载体等应用形式对药物进行控释[12];此外,有科学家正在研制一种能根据血液中葡萄糖浓度而扩张收缩的聚合物,这种聚合物可制成人造胰细胞,注入糖尿病患者的血液中,小球就可模拟胰细胞工作,使病人的血糖浓度始终保持在正常的水平上。 (3)智能材料的抗癌应用 图2所示为一种高分子聚合物抗癌药物胶囊,即药物“导弹”。图中的疏水性药物载体形成了“导弹”的疏水内核,而亲水性聚乙烯二醇则在内核周围形成了一个水化物外壳。这种高分子聚合物药物胶囊是一种智能型药物载体,它能自动避开机体内单核吞噬细胞的捕获而有效到达癌细胞所在地[13]。 20世纪90年代后期,利用对电磁场敏感的铁氧体包覆Ti-Ni形状记忆合金丝,Y.Furuya.等[14]研制出了癌症温热疗法用针。首先,通过导管将这种针植入病人癌变部位,由于形状记忆作用,这种针会发生弯曲变形现象;其次,在通过涡流效应产生高频电磁场的作用下,形状记忆合金针将产生一定的热量而使癌变区得到萎缩[15]。 3.3 建筑领域的应用 智能材料在建筑领域的应用研究也极为广泛,在振动控制、损伤检测、裂纹修复以及智能建筑材料方面均有涉及,并取得了一定的成效。 1994年德国的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构成了智能结构,以检测碳纤维预应力的损失情况。在地震多发区应用智能结构的建筑物通过振动控制,将大大提高建筑物的抗震性[16]。日本已研制成一种形状记忆合金,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。美国人则通过研究,在建筑物的合成梁中埋入形状记忆合金纤维,在热电控制下,该纤维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。自修复行为是智能材料的一项重要功能。日本东北大学的三桥博三教授将内含粘接剂的空心胶囊或玻璃纤维渗入混凝土材料中,若混凝土在外力作用下发生开裂,则部分胶囊或空心纤维会破裂,粘接液流出后深入裂纹,可使混凝土裂纹重新愈合。 3.4 智能服装和纺织品领域的应用 纤维状智能材料———智能纤维是指当纤维所处的环境发生变化时,纤维的形状、温度、颜色和渗透速率等随之发生敏锐响应,即突跃性变化的纤维。智能纤维能感知环境的变化或刺激(机械、热、化学、光、湿度、电磁等),并能作出反应[19]。一些工业发达国家已相继开发了大批高性能、高功能的新一代化学纤维。由智能纤维做成的智能纺织品和智能服装被一些专家认为是纺织服装工业的未来[20]。 日本曾经掀起形状记忆合金衬衫热,因为该类衬衫的纤维不缩不皱,洗后很快即可干燥,而且不需熨烫即可恢复笔挺的状态,因而受到单身上班族和家庭主妇的青睐[21]。自动调温纺织品是将相变蓄热技术与纺织品制造技术相结合而开发出的一种高技术产品,具有自动吸收、储存、分配和放出热量的功能。可把相变材料经过微胶囊化后结合到纤维中,织成面料做成服装。穿着这种服装的人在滑雪时,身体产生热量,这些热量会由相变材料吸收,停止活动时,身体变冷,相变材料将释放热量,进行温度调节,从而确保穿着者有一个舒适的温度。这种自动调温纺织品可用于服装、室内装饰、床上用品、鞋袜以及医疗用品[22]。 飞利浦公司和Levi’s公司合作生产了一种音乐夹克,是把光纤和软键盘埋入衣料内,并在衣领内植入微型麦克风和立体声耳机,利用光纤将随身携带的电子产品连接起来,实现对手机和播放机的控制,而麦克风和耳机则可与外界对话和收听广播,从而形成了一个简易的网络系统。近年来比较热的智能抗