1、123是是二十世紀二十世紀90年代年代迅速發展迅速發展起來的一類起來的一類新型復合材料新型復合材料。智能材料目前智能材料目前還沒有統一的定義還沒有統一的定義，不，不過，現有的過，現有的智能材料的多種定義智能材料的多種定義仍然是大仍然是大同小異。同小異。4大體來說，大體來說，就是指具有就是指具有（包括內環境和外環境）（包括內環境和外環境），、，并，并的的智能特征的材料智能特征的材料。 5具體來說，具體來說，需具備以下需具備以下：(1)具有具有，能夠檢測并且可以識能夠檢測并且可以識別別外界外界(或者內部或者內部)的的刺激強度刺激強度，如電、光、，如電、光、熱、應力、應變、化學、核輻射等；熱、應力、

2、應變、化學、核輻射等；6(2)具有具有，能夠，能夠響應外界變化響應外界變化； (3)能夠能夠按照設定的方式按照設定的方式；(4)反應比較反應比較、和和；(5)當外部刺激消除后當外部刺激消除后，能夠，能夠。7又可以稱為又可以稱為，常用，常用的有以下幾種：的有以下幾種：intelligent material、intelligent material and structure、smart material、smart material and structure、adaptive material and structure等。等。 8來源于仿生學，它的來源于仿生學，它的目標就是想目標就是想研制

3、出一種材料研制出一種材料，使它成為，使它成為的的“活活”的材料的材料。因此因此必須具備必須具備、和和這三個基本要素。這三個基本要素。9但是但是現有的材料現有的材料一般比較一般比較，難以難以滿足智能材料的要求滿足智能材料的要求，所以，所以一般一般由由復合構成一個復合構成一個智智能材料系統能材料系統。10這就使得這就使得均涉及到了均涉及到了材料學的最材料學的最前沿領域前沿領域，使智能材料代表了，使智能材料代表了材料科學的材料科學的最活躍方面和最先進的發展方向最活躍方面和最先進的發展方向。 11智能材料應用的簡單事例：智能材料應用的簡單事例：某些某些太陽鏡的鏡片當中太陽鏡的鏡片當中含有含有，這種智能

4、材料能這種智能材料能感知周圍的光感知周圍的光，并能夠，并能夠對光對光的強弱進行判斷的強弱進行判斷，當光強時，它就變暗，當，當光強時，它就變暗，當光弱時，它就會變的透明。光弱時，它就會變的透明。 12因為因為設計智能材料的兩個指導思想設計智能材料的兩個指導思想是是和和，所，所以以智能材料系統智能材料系統具有或部分具有如下的具有或部分具有如下的和和：13能夠能夠外界或自身所處的環境條外界或自身所處的環境條件件，如負載、應力、應變、振動、熱、，如負載、應力、應變、振動、熱、光、電、磁、化學、核輻射等的強度光、電、磁、化學、核輻射等的強度及其變化。及其變化。14可通過可通過，對系統，對系統輸入與輸出信

5、輸入與輸出信息進行對比息進行對比，并將其結果提供給，并將其結果提供給控制系統控制系統。能夠識別能夠識別傳感網絡得到的各類信息傳感網絡得到的各類信息并將其積累起來。并將其積累起來。15能夠根據能夠根據外界環境和內部條件變化外界環境和內部條件變化，作出相應的反應作出相應的反應，并采取必要并采取必要行動行動。16能通過能通過系統目前的狀況與過系統目前的狀況與過去的情況去的情況，對諸如，對諸如與與等等問題問題進行自診斷并予以校正。進行自診斷并予以校正。17能通過能通過、等等再生機制再生機制，來修補某些，來修補某些局部損傷局部損傷或破壞或破壞。18對不斷變化的對不斷變化的外部環境和條件外部環境和條件，能

6、，能自身結構和功能，并相應地自身結構和功能，并相應地改變自己的狀態和行為改變自己的狀態和行為，從而使，從而使材料系統材料系統始終始終對外界變化作出恰如對外界變化作出恰如其分的響應。其分的響應。19一般來說一般來說由由、和和四部四部分構成。分構成。20基體材料擔負著基體材料擔負著，一般宜，一般宜選用選用。一般基體材料一般基體材料，因為，因為其其重量輕重量輕、耐腐蝕耐腐蝕，尤其具有粘彈性的非，尤其具有粘彈性的非線性特征。線性特征。也也，以，以輕輕質有色合金質有色合金為主。為主。21擔負著擔負著傳感的任務傳感的任務，其主要作，其主要作用是用是（包括（包括壓力壓力、應力應力、溫度溫度、電磁場電磁場、p

7、h值值等）。等）。常用敏感材料常用敏感材料如如、和和等。等。22因為因為在一定條件下在一定條件下，可產生較大可產生較大的的，所以它擔負著，所以它擔負著。常用有效驅動材料常用有效驅動材料如如、和和等。等。可以看出，這些材料既是可以看出，這些材料既是，顯然起到了身兼二職的作用，這，顯然起到了身兼二職的作用，這也是也是智能材料設計時可采用的一種思路智能材料設計時可采用的一種思路。23包括包括、等。等。24圖所示為智能材料的圖所示為智能材料的。25是繼是繼、之后的之后的第四代功能材料第四代功能材料。因為現在因為現在可用于智能材料的材料種類不可用于智能材料的材料種類不斷擴大斷擴大，所以，所以智能材料的分

8、類智能材料的分類也只能是粗淺也只能是粗淺的，分類方法也有多種，的，分類方法也有多種，26若按若按來分，可以分為來分，可以分為、和和等。等。若按若按來分，可以分為來分，可以分為、和和。27目前研究開發的目前研究開發的主要有主要有和和兩大類；兩大類；在在、和和材料等方面發材料等方面發展較快；展較快；28的范圍很廣泛，作為的范圍很廣泛，作為智能材料的智能材料的的研究和的研究和開發非常活躍，開發非常活躍，其次還有其次還有、和和等。等。 291、30用于軍事，是用于軍事，是隨著智能隨著智能材料的發展材料的發展不斷發展的一個領域。不斷發展的一個領域。31因為因為不僅象不僅象一樣可以一樣可以，而且它還具有了

9、，而且它還具有了其其他功能材料所不具備的功能他功能材料所不具備的功能，即能，即能，并能，并能，借此，借此。32所以，所以，在軍事應用中在軍事應用中具有很具有很大潛力，它的研究、開發和利用，對大潛力，它的研究、開發和利用，對將產生重大影響。將產生重大影響。 目前，在各種軍事領域中，目前，在各種軍事領域中，主要涉及到以下幾個方面：主要涉及到以下幾個方面：33例如，例如，作為智能傳感元件的作為智能傳感元件的用于用于飛機機翼的飛機機翼的中；中；在在植入植入、和和制成的制成的，可用于，可用于、和和。34目前美國在目前美國在包括：包括：美國美國彈道導彈防御局彈道導彈防御局為為研制研制含有多種傳感器的智能蒙

10、皮；含有多種傳感器的智能蒙皮；美國海軍則重點研究美國海軍則重點研究，以提高以提高艦艇的隱身性能艦艇的隱身性能。 35可用于可用于結構內部的結構內部的應變、溫度、裂紋，探測疲勞和受損傷情應變、溫度、裂紋，探測疲勞和受損傷情況況，從而能夠對結構進行，從而能夠對結構進行。36例如，采用例如，采用和和的的可對可對機翼、機架機翼、機架以以及可重復使用及可重復使用航天運載器航天運載器進行進行、和和；37等大型等大型在軌系統在軌系統采用采用，可，可由于交會由于交會對接碰撞對接碰撞、隕石撞擊隕石撞擊或其他原因或其他原因，。38正在研究的正在研究的有：有：自診斷技術；自診斷技術；可以測量裂紋的可以測量裂紋的自診

11、斷技自診斷技術；術；可可自診斷自診斷技術等。技術等。 39用于用于航空、航天系統航空、航天系統可以可以，。如美如美國防高級研究計劃局國防高級研究計劃局資助波音公司資助波音公司研制的研制的，可以改善，可以改善旋翼的空氣動力學性能旋翼的空氣動力學性能，減小振動和噪音減小振動和噪音。40用于用于，可以，可以抑制噪聲傳抑制噪聲傳播播，提高潛艇和軍艦的聲隱身性能提高潛艇和軍艦的聲隱身性能。用于用于，可以，可以提高軍提高軍用車輛的性能和乘坐的舒適度用車輛的性能和乘坐的舒適度。國外正在研究的具有國外正在研究的具有的的智能結構智能結構，主要由，主要由、和和等新材料制成。等新材料制成。41制成的制成的，能夠，能

12、夠實實時感知外界環境的變化時感知外界環境的變化，并可以，并可以驅動機翼驅動機翼彎曲、扭轉彎曲、扭轉，從而，從而改變翼型和攻角改變翼型和攻角，以獲，以獲得得，。42如當飛機如當飛機在飛行過程中在飛行過程中遇到遇到或或猛烈的猛烈的時，機翼中的時，機翼中的就能就能夠迅速夠迅速，并，并，從，從而而消除渦流或逆風的影響消除渦流或逆風的影響，使飛機仍能，使飛機仍能平衡地飛行。平衡地飛行。43美國的一項研究表明，在美國的一項研究表明，在中中使用使用，可使，可使機翼阻力降低機翼阻力降低85%。美國美國波音公司波音公司和和麻省理工學院麻省理工學院聯合研聯合研究究，電致流變體時電致流變體時可可達幾度。達幾度。44

13、美國陸軍在開發美國陸軍在開發，將用于，將用于rah-66武裝直升機。武裝直升機。美國防部和航空航天局也在研究美國防部和航空航天局也在研究，包括，包括翼片彎曲翼片彎曲、彎曲造型彎曲造型/控控制面造型制面造型等。等。45相信在不久的將來，我們相信在不久的將來，我們用智能材料用智能材料制成的制成的，就可以，就可以行行動自如動自如、自行彎曲自行彎曲、自動改變形狀自動改變形狀，從而，從而，使飛機飛得更高、更快。，使飛機飛得更高、更快。 46可能是這樣的：可能是這樣的：可以隨可以隨心所欲的心所欲的變換顏色變換顏色；可以隨人體不同的可以隨人體不同的需要需要改變溫度和形狀改變溫度和形狀；一切的；一切的都是觸摸

14、都是觸摸式的，永遠不會再有觸電的危險；式的，永遠不會再有觸電的危險；帶有傳感功能；帶有傳感功能；。47隨著隨著的發展，尤其是的發展，尤其是設想的提出，有可能設計出設想的提出，有可能設計出。雖然目前還處于雖然目前還處于設想階段設想階段，但是已經開，但是已經開始著手進行研究，并且必然將在不久的將來始著手進行研究，并且必然將在不久的將來成為現實。成為現實。幾種幾種如下：如下： 48用來用來構建整個房屋構建整個房屋的結構單元，的結構單元，這種結構單元這種結構單元具有具有和和。這種這種主要由以下主要由以下三個分層三個分層構成：構成：49第一層是第一層是，能感受，能感受來自周圍來自周圍的的、，并能，并能控

15、制這些能控制這些能量的輸出量的輸出，如果是，如果是內墻壁磚內墻壁磚，還能，還能；50第二層是第二層是，能為居住者提供，能為居住者提供；第三層是第三層是，可以用來，可以用來。51住戶還可以挑選合適的住戶還可以挑選合適的。另外，面膜的設置及其構形并不是一成另外，面膜的設置及其構形并不是一成不變的，而是很容易剝離并換上新的面膜。不變的，而是很容易剝離并換上新的面膜。52面膜面膜在磚材的最上層在磚材的最上層，它也，它也具有多具有多功能性功能性。如如可以可以使墻壁產生不同的色彩使墻壁產生不同的色彩和圖案和圖案；53可以可以接收聲波、熱能和可見光接收聲波、熱能和可見光并予以并予以減弱或增強減弱或增強；可產

16、生可產生耐久的色彩和圖案耐久的色彩和圖案；可可連接內外通信線路連接內外通信線路。54在未來的在未來的不會看到傳統的碗碟。不會看到傳統的碗碟。在毫微在毫微塑料的桌面上，塑料的桌面上，旋轉的碗不僅能旋轉的碗不僅能，而且可以而且可以根據用戶的需要根據用戶的需要，供準備、烹調和上菜時使用。供準備、烹調和上菜時使用。并且，這種并且，這種還具有還具有和和在不使用在不使用冰箱的情況下冰箱的情況下的功能。的功能。 55用用制作的坐椅不僅制作的坐椅不僅將大大將大大，而且也將，而且也將。使用毫微塑料使用毫微塑料能改變椅座面的能改變椅座面的和和，也可以形成，也可以形成各種型式的椅座面各種型式的椅座面。56如果如果出

17、于美學的考慮出于美學的考慮，或是便于人們，或是便于人們或從座椅中或從座椅中，毫微塑料也可以，毫微塑料也可以，還能，還能。57由于由于不同年齡段的人不同年齡段的人對對的的要求有很大區別，這種座椅還要求有很大區別，這種座椅還可以隨心所可以隨心所欲地欲地。它甚至還。它甚至還對人們喜愛的對人們喜愛的舒適溫度舒適溫度具有具有。58在衛生間里，常見設施是在衛生間里，常見設施是、和和。采用了智能結構的衛生間是這樣的：采用了智能結構的衛生間是這樣的：59在洗漱時在洗漱時，人們只要，人們只要接觸洗臉盆支架接觸洗臉盆支架表面的任何區域表面的任何區域，就能，就能、（集中噴射的水流或寬闊（集中噴射的水流或寬闊的水簾狀

18、等）供人們選擇。的水簾狀等）供人們選擇。洗臉盆上方的洗臉盆上方的能照出人的正常能照出人的正常，還能照出真實的，還能照出真實的。60的的隨使用者的隨使用者的不同而自動變化；不同而自動變化；自動加熱至舒適的溫度，整個結自動加熱至舒適的溫度，整個結構十分輕便。構十分輕便。61在電腦住宅的在電腦住宅的里，安裝了一臺里，安裝了一臺，每當有人上廁所時，與馬，每當有人上廁所時，與馬桶相連的桶相連的即自動分析大小便的情況，即自動分析大小便的情況，如發現異常，電腦會立即發出警報，以便及如發現異常，電腦會立即發出警報，以便及時到醫院去看病。時到醫院去看病。62只要和只要和相連接，相連接，上下上下水水、水溫水溫和和

19、水流水流都能得到自動控制和調節。都能得到自動控制和調節。綜上所述，未來的綜上所述，未來的必將顯著必將顯著提高人們的生活質量提高人們的生活質量 。6364因為因為能能模擬活體生物模擬活體生物，而，而且其且其均接近于人體的肌肉。均接近于人體的肌肉。所以這種材料可以應用于所以這種材料可以應用于，而且它們還具有而且它們還具有與生物體的相容性與生物體的相容性，隨著傷，隨著傷口的愈合，這種聚合物就會在體內口的愈合，這種聚合物就會在體內逐漸降解逐漸降解，最后將會消失。，最后將會消失。 65，可以，可以、以及各種以及各種，并且有，并且有。這種智能材料還可以這種智能材料還可以，例如，例如，粗糙度粗糙度、摩擦力摩

20、擦力等。等。66科學家正在研制一種能科學家正在研制一種能，這種聚合物，這種聚合物可制成可制成，將它，將它注入糖尿病患者的注入糖尿病患者的血液中血液中，小球就可，小球就可模擬胰細胞工作模擬胰細胞工作，使病人使病人的血糖濃度的血糖濃度始終保持在平常的水平上。始終保持在平常的水平上。 67、如圖所示是一種有效的、如圖所示是一種有效的，即，即。68圖中的圖中的疏水性疏水性形成了形成了“導彈導彈”的的疏水內核疏水內核，而，而則則在內核周圍在內核周圍形成了形成了一個一個。所形成的這種所形成的這種是一種是一種，它能，它能而而有效的到達癌細胞所在地有效的到達癌細胞所在地。69、90年代后期，研制出用年代后期，

21、研制出用對電磁場對電磁場敏感的敏感的制成了制成了。70首先，首先，通過導管通過導管將這種針將這種針植入病人癌植入病人癌變部位變部位，由于，由于，這種針會發，這種針會發生生現象；現象；其次，在通過其次，在通過渦流效應產生渦流效應產生，形狀記憶合金針形狀記憶合金針將能夠將能夠而使而使癌變區得到萎縮癌變區得到萎縮。 71智能材料系統中智能材料系統中最成熟的應用領域最成熟的應用領域大大概就是概就是。采用智能結構進行采用智能結構進行是是的有效途徑。的有效途徑。72一般說來，可以采用一般說來，可以采用來實現來實現主動結構聲控主動結構聲控。一種是簡單地一種是簡單地，顯然它可以顯然它可以使聲輻射降低到零使聲輻

22、射降低到零，這是一種，這是一種強制性的方法強制性的方法，往往也是辦不到的。，往往也是辦不到的。 73另一種就是采用另一種就是采用，它是，它是指指。該方法的效率取決于該方法的效率取決于和和。 74因為，并不是所有的因為，并不是所有的都輻射都輻射“”的聲波，的聲波，也同樣是必須考慮的因素。也同樣是必須考慮的因素。75因而最好的辦法是因而最好的辦法是“”輻射輻射“”的的，并使用，并使用分布分布在整個結構中的在整個結構中的（壓電材料或電致（壓電材料或電致流變體）對產生的流變體）對產生的該振動模進行控制該振動模進行控制。76美國軍方提出采用美國軍方提出采用進行進行，提高，提高潛艇主動隱身性能潛艇主動隱身

23、性能。這。這項技術將使項技術將使噪聲降低噪聲降低60分貝分貝，并使，并使潛艇探潛艇探測目標的時間縮短測目標的時間縮短100倍。倍。這種這種將采用將采用和采用和采用的的主動消聲貼片主動消聲貼片。 77震動會極大地震動會極大地降低工程系統的性能降低工程系統的性能，如，如降低降低的的，減弱跟蹤減弱跟蹤和預警衛星跟蹤目標的能力和預警衛星跟蹤目標的能力，使制導武器性使制導武器性能下降能下降，導致系統金屬結構的疲勞破壞導致系統金屬結構的疲勞破壞，此，此外還會外還會干擾空間站的微重力環境干擾空間站的微重力環境等。等。78采用采用、或或的的均可均可實現振動的主動控制實現振動的主動控制，提高軍用系統的性能。提高

24、軍用系統的性能。如如進行進行主動震動控制主動震動控制，可，可以及以及，提高直升機的有效載荷提高直升機的有效載荷，使速度使速度增加增加，戒備能力提高戒備能力提高。 79空間系統的空間系統的，主，主要采用要采用或或作為作動器。作為作動器。考慮的主要因素考慮的主要因素是是、等問題，同時等問題，同時還考慮還考慮。80可用可用和和。當系統結。當系統結構受到構受到外力作用振動外力作用振動并并產生形變產生形變時，時，可產生與壓力成正比的可產生與壓力成正比的表面電荷表面電荷，對傳感器測量的信號進行處理后，對傳感器測量的信號進行處理后，再給再給反饋一個適當的電壓，使其反饋一個適當的電壓，使其產生產生，從而產生，

25、從而產生，使系統結構的振動隨之迅速減弱使系統結構的振動隨之迅速減弱。81的的主動振動控制主動振動控制，另一項主，另一項主要應用是可能要應用是可能。未來大型未來大型因其因其振動頻率低振動頻率低于控制系統的頻率于控制系統的頻率，會導致有害的控制結，會導致有害的控制結構干擾作用。必須從構干擾作用。必須從結構優化結構優化、阻尼減振阻尼減振方方面考慮。面考慮。82在在應用應用智能結構的建智能結構的建筑物筑物，將大大，將大大提高建筑提高建筑物的抗震性物的抗震性。 8384受到外力作用后，受到外力作用后，首先發生首先發生彈性變形彈性變形，達到屈服點，就，達到屈服點，就產生產生塑性變形塑性變形，應力消除后應力

26、消除后留下留下。85但有些材料，在但有些材料，在發生了塑性變形發生了塑性變形后后，經過，經過，這種現象叫做，這種現象叫做（sme）。）。86具有具有的材料，一般是的材料，一般是，稱為，稱為。可以分為三種：可以分為三種： 87 形狀記憶合金形狀記憶合金在較低的溫度下在較低的溫度下變變形，形，加熱后加熱后可恢復變形前的形狀，這可恢復變形前的形狀，這種種稱為稱為。88某些合金某些合金，稱為稱為。89，稱為稱為。90三種三種如下圖所示。如下圖所示。目前，已開發成功的形狀記憶合金有目前，已開發成功的形狀記憶合金有形狀記憶合金、形狀記憶合金、形狀記憶合金、形狀記憶合金、形形狀記憶合金等。狀記憶合金等。 9

27、1最早關于最早關于是由是由chang及及read等人等人在在1952年年作出的。他們作出的。他們觀察到觀察到相變的可逆性。相變的可逆性。后來在后來在也發現了同樣的現也發現了同樣的現象，但當時并未引起人們的廣泛注意。象，但當時并未引起人們的廣泛注意。92直到直到1962年，年，buehler及其合作者在及其合作者在，觀察到，觀察到具有宏觀形具有宏觀形狀變化的狀變化的記憶效應，才引起了材料科學界記憶效應，才引起了材料科學界與工業界的重視。與工業界的重視。到到70年代初，年代初，、等合金中也發現了等合金中也發現了與馬氏體相變有與馬氏體相變有關的關的。93幾十年來，有關幾十年來，有關的研究的研究已逐漸

28、成為國際已逐漸成為國際相變會議相變會議和和材料會議材料會議的重的重要議題，并為此召開了多次要議題，并為此召開了多次專題討論會專題討論會，不斷豐富和完善了不斷豐富和完善了。94在理論研究不斷深入的同時，在理論研究不斷深入的同時，也取得了長足進步，也取得了長足進步，其應用范圍涉及其應用范圍涉及機械機械、電子電子、化工化工、宇宇航航、能源能源和和醫療醫療等許多領域。等許多領域。95：（1）利用）利用的的單向形單向形狀恢復狀恢復。如管接頭、天線、套環等。如管接頭、天線、套環等。96（2）。即利。即利用用并并借助外力隨溫借助外力隨溫度升降做反復動作度升降做反復動作，如熱敏元件、機，如熱敏元件、機器人、接

29、線柱等。器人、接線柱等。97（3）。即。即利用利用隨溫度升降做反復隨溫度升降做反復動作動作，如熱機、熱敏元件等。，如熱機、熱敏元件等。但這類應用但這類應用記憶衰減快記憶衰減快、可靠性可靠性差差，不，不常用常用。 98（4）。如彈簧、接。如彈簧、接線柱、眼鏡架等。線柱、眼鏡架等。 99tini合金的合金的很好，利用其很好，利用其和和的醫學實例相當多。的醫學實例相當多。如如血栓過濾器血栓過濾器、脊柱矯形棒脊柱矯形棒、牙齒矯形牙齒矯形絲絲、腦動脈瘤夾腦動脈瘤夾、接骨板接骨板、髓內針髓內針、人工關人工關節節、心臟修補元件心臟修補元件、人造腎臟用微型泵人造腎臟用微型泵等。等。10010110210310

30、410510620世紀是世紀是的時代。的時代。是最典型的是最典型的機機械電子控制系統械電子控制系統，但復雜而龐大。，但復雜而龐大。107兼有兼有和和的的雙重功能，可以實現雙重功能，可以實現控制系統的控制系統的，如全息機器人、毫米級，如全息機器人、毫米級超微型機械手等。超微型機械手等。10821世紀將成為世紀將成為的時代。的時代。的的機器人的動作機器人的動作，除了，除了外，外，不受任何環境條件的影響不受任何環境條件的影響，可望，可望在在、等高技等高技術領域大顯身手。術領域大顯身手。109智能材料大多是由智能材料大多是由合合成材料成材料或或陶瓷材料陶瓷材料制成的，具有制成的，具有，其，其變化的變化

31、的大小大小與與電場和磁場的強度電場和磁場的強度有關。有關。110科學家研制成功一種科學家研制成功一種，這種材料這種材料在接通電流時在接通電流時，可以，可以。如果向如果向空心復合梁空心復合梁中充入中充入，在外電場的作用下在外電場的作用下，這種，這種液體材液體材料就會變硬料就會變硬，從而使梁變成僵硬狀。，從而使梁變成僵硬狀。111將將現象與現象與結合起結合起來，就可以實現使來，就可以實現使復合梁隨著負載的復合梁隨著負載的變化變化而而改變其性質改變其性質。這將是。這將是智能化的智能化的一個突破性的新起點。一個突破性的新起點。112還可以用作還可以用作在地震在地震時時能能自動加固建筑物的基礎自動加固建

32、筑物的基礎。此外，此外，在在機電工業機電工業中也有廣泛的用途。中也有廣泛的用途。113目前目前智能材料的主流是智能材料的主流是，是近是近期才發展起來的一種新型功能材料。期才發展起來的一種新型功能材料。114在電磁場的作用在電磁場的作用下下可以產生可以產生，也可以，也可以轉化為轉化為電磁能電磁能。115具有具有磁磁、和和特點，在國防、航空航天和高技術領特點，在國防、航空航天和高技術領域應用極為廣泛。域應用極為廣泛。116（1）由于）由于比比傳傳統材料統材料在性能上有了驚人的提高，所以在在性能上有了驚人的提高，所以在電器、家電、通訊器材、電腦電器、家電、通訊器材、電腦等生產領域，等生產領域，逐漸取

33、代了逐漸取代了傳統的磁致傳統的磁致伸縮材料和電致伸縮材料伸縮材料和電致伸縮材料，使產品升級和，使產品升級和更新換代更加容易。更新換代更加容易。117（2）由于）由于的獨的獨特的性能，可被用于特的性能，可被用于，如如（如油料控制、導彈發射（如油料控制、導彈發射控制裝置等），控制裝置等），（如信號處（如信號處理、聲納掃描、超聲、水聲等），以及理、聲納掃描、超聲、水聲等），以及等的開發。等的開發。 118對于對于的應用，目前，的應用，目前，美國位居各國之首美國位居各國之首，其成功標志在于開發，其成功標志在于開發出了一系列出了一系列，如，如以及以及等。等。119我國對我國對新產品的開新產品的開發發也呈

34、現出良好的發展勢頭。也呈現出良好的發展勢頭。如開發出的大功率如開發出的大功率，應用于應用于三峽工程和地球物理勘探三峽工程和地球物理勘探；開發出；開發出的的；120121在某些晶體材料上在某些晶體材料上施加機械力施加機械力時，晶體時，晶體表面會表面會產生電荷產生電荷，這種現象稱，這種現象稱。在一定范圍內，在一定范圍內，。相反，在晶體上相反，在晶體上施加電場施加電場時，晶體會時，晶體會產產生幾何變形生幾何變形，稱，稱。122決定了材料決定了材料能否產能否產生壓電性生壓電性。顯然，壓電效應只存在于顯然，壓電效應只存在于中。中。123，從而導致，從而導致介質兩端表面介質兩端表面。 124(2)125由

35、許多由許多排列無序的小晶粒排列無序的小晶粒構成，構成，具有具有，。經經電場處理電場處理后，陶瓷后，陶瓷，是以是以表現出來，且由表現出來，且由各各向同性向同性變成變成各向異性各向異性，從而，從而。126由于束縛電荷的作用由于束縛電荷的作用，在陶瓷片兩極板上，在陶瓷片兩極板上吸吸附了一層表面電荷（如圖所示）附了一層表面電荷（如圖所示），這些，這些與片內與片內數量相等數量相等，符號相反符號相反，起，起片內極化強度對外界的作用片內極化強度對外界的作用。 127當在瓷片上加一個當在瓷片上加一個與極化方向平行的與極化方向平行的外力時外力時，在應力的作用下在應力的作用下，即，即，使，使ti4+位移變小，位移

36、變小，因而，因而釋放出部分原來被吸附釋放出部分原來被吸附的表面電荷的表面電荷，這就是被壓縮后出現的壓電效，這就是被壓縮后出現的壓電效應應()。其過程示意所示：。其過程示意所示：128129當壓力撤去后當壓力撤去后，(膨脹膨脹過程過程)，這時，這時c軸變長軸變長，ti4+位移增大位移增大，因此，電極上，因此，電極上而出現充電現象。而出現充電現象。130當在瓷片上施加當在瓷片上施加與極化方向相同的與極化方向相同的時，此時時，此時，表示，表示ti4+位移位移增大增大，晶胞晶胞c軸變長軸變長，瓷片發生，瓷片發生，此時，此時，電能變為機械能電能變為機械能(逆壓電逆壓電)。此過程示。此過程示意如下：意如下

37、：131132另外，對于另外，對于來說，它不來說，它不僅具有僅具有的性質，而且這種的性質，而且這種會會因外電場的方向因外電場的方向而產而產生生。 133無機壓電材料無機壓電材料共有兩種：共有兩種：(如石英如石英sio2)；。134十分十分廣泛，壓電陶瓷廣泛，壓電陶瓷在組成上在組成上可以是可以是；在結構上在結構上可以有可以有abo3型型或或。135最常用的壓電陶瓷最常用的壓電陶瓷有有pbtio3 (pt)、pb(ti1-xzrx)o3 (pzt)、及及三元系壓電陶瓷三元系壓電陶瓷。所謂所謂是指是指在在pzt二元系基礎上二元系基礎上。136一般一般大都是大都是型型化合物。如化合物。如pb(mgl/

38、3nb2/3)xzrytizo3、pb(znl/3nb2/3)xzrytizo3等。等。137具有在具有在更更寬廣范圍內寬廣范圍內，有利于制備有利于制備。 138加上電場之后加上電場之后，不僅存在，不僅存在產生的應變，而且還存在產生的應變，而且還存在，并且，并且，后一效應稱為，后一效應稱為。139即即是一種是一種，外加電場所產生的，外加電場所產生的可表示為可表示為s = de + me2 + ne3 + 式中，式中，de是一階的線性耦合效應，即壓是一階的線性耦合效應，即壓電效應；系數電效應；系數d稱為壓電常數；稱為壓電常數；me2，ne3，為高階的非線性耦合效應，或電致伸縮效為高階的非線性耦合

39、效應，或電致伸縮效應；系數應；系數m、n等為電致伸縮常數。等為電致伸縮常數。140是利用是利用產生微小應變產生微小應變，并能，并能由電場非常精由電場非常精確地加以控制確地加以控制的陶瓷。的陶瓷。 141由于由于非常微弱非常微弱，通常，通常電致伸縮效應是指電致伸縮效應是指。大多數材料的電致伸縮效應都非常大多數材料的電致伸縮效應都非常小，而在小，而在中，此效應為中，此效應為應應變的主體變的主體。142兼具兼具的壓電陶瓷，的壓電陶瓷，在構筑在構筑智能系統的功能材料智能系統的功能材料中，是重要中，是重要的材料之一。的材料之一。143具有具有機電機電、聲聲、光光、熱熱、彈彈等等多種功能及其多種功能及其耦

40、合效應耦合效應，可用作，可用作壓力、溫度壓力、溫度、光、光等多種等多種。又具有又具有位移控制精度高位移控制精度高(0.01 m)、響應快響應快(10 s)、推動力大推動力大(40mpa)、驅動功率低驅動功率低和和工作頻率寬工作頻率寬等優點。等優點。144一些實用化及正進行研究的一些實用化及正進行研究的如下：如下：145 這是利用這是利用制制成的，它可以成的，它可以自動感覺雨量自動感覺雨量并并自動調節擋自動調節擋風玻璃上的雨刷至最佳速度風玻璃上的雨刷至最佳速度。146 這是利用這是利用、和和的疊合的疊合研制成的研制成的，這套智能系統具有這套智能系統具有識別路面識別路面(粗糙度粗糙度)并進并進行行

41、自我調節自我調節的功能，可以的功能，可以使粗糙路面產生使粗糙路面產生的振動減至最低的振動減至最低，從而，從而提高乘坐舒適性提高乘坐舒適性。147 用于用于振動頻率低于振動頻率低于500hz的消聲的消聲，是，是由由、和和組成。組成。148 這類這類，是由，是由兩種或兩種以兩種或兩種以上功能陶瓷上功能陶瓷進行進行組合后組合后形成的一種形成的一種，這種，這種復合功能塊復合功能塊會呈現會呈現一些新一些新效應效應，稱為，稱為。149 模仿自然界生物具有的特性模仿自然界生物具有的特性構思仿生構思仿生物物，研究，研究像尾鰭和鳥翼那樣柔軟像尾鰭和鳥翼那樣柔軟，能折疊能折疊又很結實的又很結實的智能材料用作智能材

42、料用作，并，并有有效利用自然界的波浪和風能效利用自然界的波浪和風能。 150它是利用壓電陶瓷的它是利用壓電陶瓷的，直接，直接把電能轉換成機械能把電能轉換成機械能輸出，輸出，而不需要而不需要通常使用的電磁線圈通常使用的電磁線圈。151這種新型這種新型，具有，具有結結構簡單構簡單、起動快起動快、轉矩大轉矩大、體積小體積小、功耗低功耗低等特點，主要用作等特點，主要用作自動控制、自動控制、機器人機器人等的致動器。等的致動器。152它是由若干層它是由若干層(pzt)壓壓電陶瓷塊電陶瓷塊構成的，構成的，既作為既作為又作為又作為。153 154當當落到落到上時，上時，球的沖擊球的沖擊力力產生產生； 電壓脈沖

43、電壓脈沖通過通過加以加以放大和調整放大和調整，然后，然后返回并施加到返回并施加到壓電塊的壓電塊的；突然突然，把金屬球拋出把金屬球拋出壓電塊所在的孔壓電塊所在的孔，使球，使球爬出，落入爬出，落入另一孔內，再盤旋上升，如此周而復始。另一孔內，再盤旋上升，如此周而復始。155科學家最近研制成功一種科學家最近研制成功一種，如果將其如果將其放入壁紙中放入壁紙中，就可以大大，就可以大大減小冰減小冰箱或空調機的噪聲箱或空調機的噪聲，給住戶創造了一個安，給住戶創造了一個安靜的居住環境。靜的居住環境。 156是一種能是一種能在光的激在光的激發下發下的玻璃。的玻璃。157含鹵化銀含鹵化銀的的光色玻璃受到光色玻璃受

44、到照射時，照射時，氯化銀晶體分解為氯化銀晶體分解為ag和和cl原子，析出的原子，析出的使玻璃顏色使玻璃顏色變深，從而變深，從而阻止陽光的透過阻止陽光的透過。發生的光化學反應如下：發生的光化學反應如下： 158式中，式中，h 1為為短波激活光能短波激活光能；h 2為為長長波光源光能波光源光能；為；為加熱退色效應加熱退色效應。),(),(0000,2ibrclagibrclah h1玻璃變色過程中，發生的光化學反應如下：玻璃變色過程中，發生的光化學反應如下：159在沒有紫外線照射時，原來分解產生的在沒有紫外線照射時，原來分解產生的又又重新結合重新結合恢復為恢復為無色的氯化無色的氯化銀銀agcl，玻

45、璃，玻璃(鏡片鏡片)褪色。褪色。因此，變色眼鏡因此，變色眼鏡在陽光下在陽光下，在室內在室內則恢復則恢復。 160若配料中加入少量若配料中加入少量，就能顯，就能顯著地著地提高敏感性提高敏感性，并，并。如加入如加入cu2o時，時， 是一種增感劑。是一種增感劑。161在氯化銀晶體中在氯化銀晶體中作為作為，它，它 的存在增加了光解銀原子的存在增加了光解銀原子ag0的濃度，使玻璃的變暗靈敏度大大的濃度，使玻璃的變暗靈敏度大大提高。提高。h1 20,2cuagcuagh162具有具有隨光的波長和強度的隨光的波長和強度的變化而自動調節光的透過率變化而自動調節光的透過率的自適應特性，的自適應特性，因而被稱為因

46、而被稱為，除用作，除用作外，還用作外，還用作、以及、以及等。等。 163是是在外加電場作用下在外加電場作用下，材料由于材料由于導致導致結構或價結構或價態發生可逆變化態發生可逆變化，進而，進而調節材料的透過與反調節材料的透過與反射特性射特性，表現為，表現為。164通常由通常由多層結構多層結構組成，即組成，即/。當當兩組電極之間建立電場兩組電極之間建立電場時，離子時，離子經過離子導體經過離子導體發生發生，從而導致，從而導致電致變色薄膜的光學電致變色薄膜的光學性能發生變化性能發生變化。165無機電致變色材料無機電致變色材料有有nio、 -wo3。近年來利用近年來利用薄膜材料薄膜材料的的制造了制造了“

47、電開關電開關”自動控制靈巧窗自動控制靈巧窗，用于，用于建筑采光建筑采光等。等。 1661、167“個人航空器個人航空器” 、“空中汽車空中汽車” 的核心的核心技術是技術是“智能智能”材料。這種物質具有神奇的材料。這種物質具有神奇的特性，它可以根據指令彎曲、可以特性，它可以根據指令彎曲、可以“感受感受”壓力、當放入磁場中，還可以從液態變成固壓力、當放入磁場中，還可以從液態變成固態。態。168現在有些飛機已經具有可調機翼，如挪威現在有些飛機已經具有可調機翼，如挪威的的f-14雄貓飛機和雄貓飛機和b-1超音速轟炸機。這些飛機超音速轟炸機。這些飛機將剛性的機翼通過巨大、沉重的曲軸安裝在機將剛性的機翼通

48、過巨大、沉重的曲軸安裝在機身上。身上。作為對比，形態工程的科學家們所設想的作為對比，形態工程的科學家們所設想的機翼可以根據指令而展開。這種機翼是使用機翼可以根據指令而展開。這種機翼是使用“形態記憶形態記憶”合金或其他新穎的材料制成，可合金或其他新穎的材料制成，可以彎曲產生新的形狀。以彎曲產生新的形狀。“形態記憶形態記憶”合金具有獨特的性能，當提合金具有獨特的性能，當提供足夠的熱量后，它可以很快的恢復原有形狀，供足夠的熱量后，它可以很快的恢復原有形狀，任何形狀都可以最終恢復成它原有的狀態。任何形狀都可以最終恢復成它原有的狀態。169在形態工程研究的新型材料中，形態記憶合在形態工程研究的新型材料中

49、，形態記憶合金相對比較普通。觀察一顆子彈穿過一層自金相對比較普通。觀察一顆子彈穿過一層自體愈合材料，材料被子彈穿射后便很快愈合體愈合材料，材料被子彈穿射后便很快愈合了！了！170科學家們同時研究可定制變化的壓電材科學家們同時研究可定制變化的壓電材料。這種物質隨電壓而變化，當扭曲這種壓料。這種物質隨電壓而變化，當扭曲這種壓電材料時就會有電壓產生，相反，如果對其電材料時就會有電壓產生，相反，如果對其提供電壓則材料便會彎曲。提供電壓則材料便會彎曲。利用這種特性，將其設計做應變傳感器利用這種特性，將其設計做應變傳感器或或“作動器作動器”，安裝在機器中作為可產生微，安裝在機器中作為可產生微小動作，例如移

50、動飛機的副翼。結合微電子小動作，例如移動飛機的副翼。結合微電子技術，這些材料可以從根本上提高未來飛機技術，這些材料可以從根本上提高未來飛機的設計水平。的設計水平。171如果展望未來的如果展望未來的20年，我們認為飛機年，我們認為飛機已經可以隨時進行分布式的自我評估和維已經可以隨時進行分布式的自我評估和維修。要想達到這樣的技術水平，需要在機修。要想達到這樣的技術水平，需要在機翼中分布安裝作動器和傳感器，這如同人翼中分布安裝作動器和傳感器，這如同人體的工作，我們有遍布全身的肌肉和神經，體的工作，我們有遍布全身的肌肉和神經，所以我們能意識到身體發生的變化并通過所以我們能意識到身體發生的變化并通過一些

51、途徑對這些變化產生反應。一些途徑對這些變化產生反應。 172“仿生學仿生學”這項從自然獲取知識的實踐，這項從自然獲取知識的實踐，已經導致骨頭仿生品和其它多種仿生品已經導致骨頭仿生品和其它多種仿生品的研究。的研究。骨頭之所以輕，是因為它內部的多骨頭之所以輕，是因為它內部的多孔結構，但它也非常堅固。蘭利研究中孔結構，但它也非常堅固。蘭利研究中心的科學家將聚合微球體注入到所期望心的科學家將聚合微球體注入到所期望形狀的復合材料的殼體中，然后對這些形狀的復合材料的殼體中，然后對這些球體進行加熱，這樣，這些微球體就如球體進行加熱，這樣，這些微球體就如同細小的肥皂泡一樣溶合到一起。這樣同細小的肥皂泡一樣溶合

52、到一起。這樣的結構與骨頭一樣。的結構與骨頭一樣。 173傳感器（傳感器（sensor），），傳統上一般指能夠傳統上一般指能夠感知到某種物理量（如電、光、磁等）、化感知到某種物理量（如電、光、磁等）、化學量（如濃度、學量（如濃度、ph值等）、生物量（如細值等）、生物量（如細菌等）等的信息，并將該信息轉化為有用信菌等）等的信息，并將該信息轉化為有用信息的裝置。息的裝置。174傳感器通常由敏感元件（感應傳感器通常由敏感元件（感應變化）、轉換元件（將變化轉化為變化）、轉換元件（將變化轉化為有用信息）和其他輔助元件組成。有用信息）和其他輔助元件組成。175隨著智能材料和人工智能技術特別是隨著智能材料和人

53、工智能技術特別是微計算機技術的迅猛發展，在許多智能化微計算機技術的迅猛發展，在許多智能化要求比較高的高新技術應用領域提出了智要求比較高的高新技術應用領域提出了智能傳感器（能傳感器（intelligent sensor or smart sensor）的要求。的要求。176智能傳感器是一種將傳感器與微型計算智能傳感器是一種將傳感器與微型計算機集成在一塊芯片上的裝置。它的主要特征機集成在一塊芯片上的裝置。它的主要特征是將敏感技術和信息處理技術相結合，使其是將敏感技術和信息處理技術相結合，使其除了具有感知的本能外，還具有認知的能力除了具有感知的本能外，還具有認知的能力。目前研制的智能材料傳感器主要有

54、光纖目前研制的智能材料傳感器主要有光纖傳感器、壓電傳感器和微芯片傳感器等。傳感器、壓電傳感器和微芯片傳感器等。 177一般認為，智能傳感器應具備以下條件：一般認為，智能傳感器應具備以下條件： （1）由傳感器自身能消除異常值和例外）由傳感器自身能消除異常值和例外值，提供比傳統傳感器更全面、更真實的信息。值，提供比傳統傳感器更全面、更真實的信息。（2）具有信息處理功能，如自動補償功）具有信息處理功能，如自動補償功能。能。178（3）具有信息存貯及自診斷功能。）具有信息存貯及自診斷功能。（4）具有自適應和自調節功能。）具有自適應和自調節功能。（5）具有智能算法及自學習功能。）具有智能算法及自學習功能

55、。（6）可以有數字通信接口，能實現網）可以有數字通信接口，能實現網絡化或遠程通信。絡化或遠程通信。179據美國國家宇航局官員發布消息稱，據美國國家宇航局官員發布消息稱，該局下屬的一個研究機構目前正在對鳥類該局下屬的一個研究機構目前正在對鳥類和昆蟲的飛行技術進行研究，準備在此基和昆蟲的飛行技術進行研究，準備在此基礎上，利用一些最先研制的帶有特殊屬性礎上，利用一些最先研制的帶有特殊屬性的的“智能智能”材料制造出全新的材料制造出全新的“空中轎車空中轎車”。180與當今這些堅硬的、無與當今這些堅硬的、無“知覺知覺”的笨的笨重材料制造的飛機相比，可以想象重材料制造的飛機相比，可以想象“智能智能”材料將會

56、為航空設計帶來多大的變化。材料將會為航空設計帶來多大的變化。181據據4月月14日出版的英國新科學家雜志日出版的英國新科學家雜志報道，德國斯圖加特大學電子物理研究所的馬報道，德國斯圖加特大學電子物理研究所的馬丁丁羅揚納及其同事正在發明一種以太陽能為能羅揚納及其同事正在發明一種以太陽能為能源的新型化學纖維智能材料，可將手機和電子源的新型化學纖維智能材料，可將手機和電子記事本直接在衣服上接通。記事本直接在衣服上接通。182這種可與微電腦連接的高科技衣服現已研這種可與微電腦連接的高科技衣服現已研制出樣品，也許很快就會正式上市。制出樣品，也許很快就會正式上市。科技之光報道，這種新纖維和袖珍太陽能科技之

57、光報道，這種新纖維和袖珍太陽能計算器一樣，由計算器一樣，由3層薄薄的硅酮材料組成，外層薄薄的硅酮材料組成，外層是陰陽兩極導體。當構成光線的光子與含有層是陰陽兩極導體。當構成光線的光子與含有大量電子的第一層材料接觸時，電子會向電子大量電子的第一層材料接觸時，電子會向電子量稍少的下兩層材料里移動，形成電流。量稍少的下兩層材料里移動，形成電流。183盡管這種科技三明治模式的材料早已為人盡管這種科技三明治模式的材料早已為人所知，但科學家這次采用了一種新技術，將非所知，但科學家這次采用了一種新技術，將非晶體狀硅酮以圓筒形式合成，從而能很容易地晶體狀硅酮以圓筒形式合成，從而能很容易地制成柔軟的太陽能導線，

58、并能織入任何質地的制成柔軟的太陽能導線，并能織入任何質地的衣料。這種太陽能導線能抵卸紫外線，耐熱，衣料。這種太陽能導線能抵卸紫外線，耐熱，且可在洗衣機中洗滌。如果使用這種纖維做船且可在洗衣機中洗滌。如果使用這種纖維做船帆，甚至足以給一艘帆船上的器械充電。帆，甚至足以給一艘帆船上的器械充電。184不過，在產品實用化之前，科學家還不過，在產品實用化之前，科學家還面臨其他挑戰，其中之一是如何把分散在面臨其他挑戰，其中之一是如何把分散在衣料中的不同能量發射點的電流歸成幾個衣料中的不同能量發射點的電流歸成幾個點區，形成接頭處，以便與外界連接，變點區，形成接頭處，以便與外界連接，變成真正的電插頭。成真正的

59、電插頭。 185186187 大學課件出品 版權歸原作者所有 聯系qq ：910670854 如侵權，請告知，吾即刪 更多精品文檔請訪問我的個人主頁 http:/ 附贈人生心語附贈人生心語189人生太短，聰明人生太短，聰明太晚太晚190人生太短，聰明太晚人生太短，聰明太晚(1)v我們都老得太快 卻聰明得太遲v把錢省下來，等待退休后再去享受v結果退休后，因為年紀大，身體差，行動不方便，哪里也去不成。錢存下來等養老，結果孩子長大了，要出國留學，要創業做生意，要花錢娶老婆，自己的退休金都被拗走了。191人生太短，聰明太晚人生太短，聰明太晚(2)v當自己有足夠的能力善待自己時，就立刻去做，老年人有時候

60、是無法做中年人或是青少年人可以做的事，年紀和健康就是一大因素。小孩子從小就告訴他，養你到高中，大學以后就要自立更生，要留學，創業，娶老婆，自己想辦法，自己要留多一點錢，不要為了小孩子而活我們都老得太快卻聰明得太遲，我的學長去年喪妻。這突如其來的事故，實在叫人難以接受，但是死亡的到來不總是如此。學長說他太太最希望他能送鮮花給他，但是他覺得太浪費，總推說等到下次再買，結果卻是在她死后，用鮮花布置她的靈堂。這不是太蠢愚了嗎？！v等到.、等到.，似乎我們所有的生命，都用在等待。192人生太短，聰明太晚人生太短，聰明太晚(3)v等到我大學畢業以后，我就會如何如何我們對自己說v等到我買房子以后！v等我最小