浅析智能材料的研究进展

李璇

（湖南省长沙市雅礼中学，长沙 410007）

浅析智能材料的研究进展

李璇

（湖南省长沙市雅礼中学，长沙 410007）

智能材料的概念是在20世纪80年代提出来的，它是一种集感知、驱动和信息处理于一体的新型多功能材料，通过识别和处理外界变化进行相应的改变，以达到和外界环境相协调的目的。智能材料主要包括智能传感、智能驱动和智能控制技术等。

智能材料；研究进展；分析

1　智能材料的关键技术

1.1智能传感技术

智能传感技术对于智能材料的研究和发展至关重要，它是实现智能结构的基础技术。传感元件是传感技术的一种载体，通常被粘贴或者嵌入到智能材料的表面及内部，用于识别外界环境的变化。其作用和人的神经系统类似，将识别到的声、光、电和磁等物理量转化为另一种物理量。它是材料实现智能化的一种基础元件，就像一种生物感应器，将感知到的外界信息记录起来，并做出合适的回应。传感元件具有体积小、兼容性好和性能稳定的特点，由于元件较薄，嵌入后对材料的影响小，因此其抗干扰能力较其他材料强。

1.2智能驱动技术

驱动技术是智能材料实现自适应变化的一个核心问题，也是一个至关重要的瓶颈。它包括驱动元件和控制方式等，是能够使智能材料结构与环境相适应的功能性原件，其自适应结构和普通结构不同，原理和人的肌肉类似，能够改变结构的位置、摩擦阻力和温度等特征。驱动元件具有与主体材料兼容性好、机械灵活性强和频率响应快的特点，它的结合强度十分高，抗冲击能力强，变形量和驱动力大，控制性也很强。驱动元件就好像变色龙，能够根据外界环境的变化，做出相应的改变。

1.3智能控制技术

智能控制系统是智能材料结构中的一个重要组成部分，包括控制性元件、控制性策略和相关算法等，作用就好比人类的大脑，有着核心中枢的功能。智能结构系统是一种非线性系统，具有不确定性和实时变化性，系统能够形成一种控制自身的规律，并能够快速处理相关的控制优化过程，具有很强的在线性。其中控制元件全部集中在结构里，控制对象是其自身。经典控制理论和现代控制理论在面对智能结构的特征时，都显得很无奈。而传统的控制系统相关模式被智能结构的控制所打破，对控制器自身的研究更加深入，进而提高控制器的智能水平，使结构系统的自适应力增强，使控制效果更加明显。

2　智能控制主要基础材料的分析

不同的材料在智能系统工作时发挥的作用不同。随着对智能材料研究的不断深入，基础材料的种类也在不断丰富。根据智能系统工作的原理，智能材料可以分为两种，一种是感知材料，例如形状记忆材料和智能高分子材料等，具有识别外界环境刺激的作用，能够采集并记录外界环境的信息，这类材料可以用于制作智能系统中的传感器。另一种是响应材料，例如发射材料、电感材料、压电材料等，能够通过感应材料对外界环境的识别和感知做出相应处理，这种响应包括储存、改变颜色、改变位置等，这类材料可以用于制作智能系统中的执行器。

2.1形状记忆材料

形状记忆材料是指材料自身对初始特性具有记忆功能的一种特殊材料，当材料的形变固定后，要经过高温或其他特殊刺激处理才能够恢复原来的特性。这种材料包括记忆合金、记忆高分子等。形状记忆合金的记忆功能是利用应力和温度诱发记忆，变形温度是低温或常温，材料变形后要经过加热处理才能够渐渐恢复原本定型时的状态。通常将这种具有加热恢复特性的材料叫作形状记忆合金，将这种现象叫作形状记忆效应。用形状记忆合金制作的驱动器具有很多特殊性能，例如类橡皮特性、形状记忆效应等。形状记忆高分子相对来说形变量大，在抗腐蚀方面也有较好性质。

2.2压电材料

压电材料的力学性能与外加电压的大小呈线性关系。压电材料的响应速度快，其输入输出都是通过电信号完成，在控制和测量方面更加便利，具有正逆压电效应，材料加工起来相对容易。压电陶瓷和压电高分子都是这种材料的载体，在压电陶瓷中使用最广泛的是醋钦酸铅，常用于启动元件和敏感元件。我们所熟知的呼吸机、定时器、气压计和扩音器都离不开压电陶瓷。醋钦酸铅在压电态到非压电态转变过程中所需的温度较低，温度变化范围较小，科学家正在研究高温条件下醋钦酸铅的材料应用。

2.3智能高分子材料

随着生物研究的不断深入，人类已经认识到生物体内的类水凝胶结构。从这种结构出发，人们开始探索生物智能材料。当生物体内的组织受到化学或者温度因素的影响，其形状就会发生相应的变化，从而表现出相关特性。而智能高分子材料是通过一系列化学方法的合成，使材料具有生物智能材料的特点，例如自我修复、自动识别外界环境等特性。利用这种特性我们可以制作人工肌肉、超微纤维光纤传感器等特殊材料。我们有理由相信，未来智能材料的应用和研究一定会将人类社会带入更高阶段。

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［5］ 陈兵，姚武，吴科如.机敏水泥基复合材料研究进展［J］.材料导报，2003，（01）：59.

Research Progress of Smart Materials

LI Xuan
（Changsha Yali Middle School ofHunan Province,Changsha 410007,China）

The concept of smart materials was put forward in the 1980s；it is a new multi-functional material that integrates perception,drivers and information processing.It can achieve the purpose of outside environmental coordination by identifying and dealing with changes of the outside world.Smart materials mainly include smart sensing，smart drive and intelligent control technology.

Smart materials；Research progress；Analysis

TM27

A

1674-8646（2015）12-0093-02

2015-08-18