智能材料
智能材料(intelligent materials) 是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一類新功能材料,與生物醫(yī)用材料有著十分緊密的聯(lián)系。智能材料目前還沒有統(tǒng)一的定義,不過,現(xiàn)有的智能材料的多種定義仍然是大同小異。大體來說,智能材料就是指具有感知環(huán)境(包括內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境)刺激,對之進(jìn)行分析、處理、判斷,并采取一定的措施進(jìn)行適度響應(yīng)的智能特征的材料,也稱靈巧材料或敏感材料。
智能材料包括智能金屬材料、智能無機(jī)非金屬材料和智能高分子材料等。智能材料起源于功能材料。功能材料有兩類:一類是對外界或內(nèi)部的刺激強(qiáng)度如應(yīng)力、應(yīng)變、熱、光、電、磁、化學(xué)和輻射等具有感知的材料,通稱感知材料,可制成傳感器;另一類是對外界環(huán)境條件或內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化做出響應(yīng)或驅(qū)動(dòng)的材料,可制成驅(qū)動(dòng)器或執(zhí)行器。智能材料是利用上述材料做成傳感器和驅(qū)動(dòng)器,借助現(xiàn)代信息技術(shù)對感知的信息進(jìn)行處理并把指令反饋給驅(qū)動(dòng)器,從而做出靈敏、恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng);當(dāng)外部刺激消除后又能迅速恢復(fù)到原始狀態(tài)。這種集傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制系統(tǒng)于一體的智能材料,體現(xiàn)了生物的特有屬性。智能材料需具備以下內(nèi)涵。
①具有感知功能,能夠檢測并且可以識別外界(或者內(nèi)部)的刺激強(qiáng)度,如電、光、熱、應(yīng)力、應(yīng)變、化學(xué)、核輻射等。
②具有驅(qū)動(dòng)功能,能夠響應(yīng)外界變化。
③能夠按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)。
④反應(yīng)比較靈敏、及時(shí)和恰當(dāng)。
⑤當(dāng)外部刺激消除后,能夠迅速恢復(fù)到原始狀態(tài)。
智能材料發(fā)展的根本驅(qū)動(dòng)力來自于仿生,其目標(biāo)是獲得具有類似于生物的各種功能的“活”材料。因此智能材料必須具有感知、驅(qū)動(dòng)和控制這三個(gè)基本要素。智能材料一般由兩種或兩種以上的材料復(fù)合成一個(gè)智能材料系統(tǒng)。這就使得智能材料的設(shè)計(jì)、制造、加工和性能結(jié)構(gòu)特征均涉及了材料學(xué)的最前沿領(lǐng)域,使智能材料代表了材料科學(xué)的最活躍方面和最先進(jìn)的發(fā)展方向。智能材料已成為材料科學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域,智能材料與智能結(jié)構(gòu)有著巨大的潛在的應(yīng)用前景,其發(fā)展將推動(dòng)和帶動(dòng)許多方面的技術(shù)進(jìn)步。
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