智能材料與形狀記憶材料綜述(編輯修改稿)
2025-01-22 01:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 導(dǎo)光波在其內(nèi)部或表面附近沿軸線方向向前傳播。l 由于光纖具有 感測和傳輸 雙重功能，并且有直徑小、柔韌易彎曲、質(zhì)量輕、抗電磁干擾等優(yōu)點，因此，光纖已成為一種非常重要的智能材料，光纖傳感技術(shù)則已成為智能材料的主要技術(shù)基礎(chǔ)之一。l 光纖傳感技術(shù)在智能材料與結(jié)構(gòu)中主要用于檢測材料受力、損傷情況，結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測及振動主動控制等。用光纖組成的各種傳感器可 測量溫度、壓力、位移、應(yīng)力、應(yīng)變等多種物理量，并具有極高的靈敏度。 單纖雙向光纖收發(fā)器用途■ 城域 光纖寬帶網(wǎng) ，適用于電信、網(wǎng)通、廣電等數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)運營商 ■ 多媒體傳輸 ：圖像、話音、數(shù)據(jù)綜合傳輸、適用于遠程教學(xué)、會議電視、可視電話等應(yīng)用 ■ 實時監(jiān)控 ：實時控制信號、圖像及數(shù)據(jù)同時傳輸 ■ 抗惡劣環(huán)境 ：適用于強電磁干擾、遠距離的惡劣環(huán)境下組網(wǎng) （ 2） 自診斷智能材料的研究l 自診斷智能材料是智能材料中 最簡單最基礎(chǔ) 的一種形式。l 它往往只具備智能特性四個主要特性中的 二種或三種 ，這一類智能材料能接受和響應(yīng)外部環(huán)境參數(shù)的變化，能夠自診斷內(nèi)部運行狀態(tài)，如缺陷或損傷等，并能根據(jù)預(yù)先約定給予報警或傳輸有關(guān)信息，但 不具備驅(qū)動和自適應(yīng)的功能 。l 例如對于結(jié)構(gòu)材料，人們期望材料內(nèi)部的劣化和損傷以及表面的微細裂紋形成時，能自行監(jiān)測，在形成重大事故或內(nèi)部變異之前能夠有效地預(yù)知或 報警 。（ 3）自適應(yīng)智能材料研究l 自適應(yīng)智能材料是一種 完備 的智能體系，它具備智能材料的四個基礎(chǔ)屬性。l 它不僅能接受和響應(yīng)外部的信息，而且能自動改變自身狀態(tài)，以適應(yīng)外部環(huán)境變化。l 自適應(yīng)包括的含義如： 自我回復(fù)性 (形狀和物理、化學(xué)性能能夠自動復(fù)原 )； 自動調(diào)節(jié)性 (能夠隨外部環(huán)境的需要而改變自身狀態(tài) )； 自我修復(fù)性 (能根據(jù)自身損傷狀態(tài)自我修復(fù) )等。 （ ⅰ ） 自回復(fù)形狀記憶 智能材料就是一種具有形狀自回復(fù)功能的智能材料。無論將該材料拉伸或彎曲成何種復(fù)雜形狀，只要一加熱，又回復(fù)到原來的初始形狀。其原理是利用了馬氏體相變，受力后材料內(nèi)晶格發(fā)生扭曲變形而顯示出塑性形變，受熱獲得能量后晶格自動回復(fù)原狀。這種形狀記憶材料，已經(jīng)應(yīng)用于大型鋼管使其結(jié)合精密和牢固。自潔凈功能的溫度和氣體傳感器：l 日本人研制的一種能夠在所測試的環(huán)境氣體受污染后隨時自動恢復(fù)其新鮮潔凈的表層和界面。l 其原理是利用 CuO／ ZnO兩種陶瓷片緊密接觸制成氣體傳感器， 碳氫化合物 在一側(cè)被吸附和分解，在另一側(cè)被還原而離開元件材料表層，使材料表面總能接觸到最新進入的被檢氣體，縮短了傳感器的響應(yīng)時間，解決了以往的氣體傳感器中毒劣化的問題，提高了檢測的準(zhǔn)確性，增加了使用壽命。 （ ⅱ ） 自調(diào)節(jié)l 一般材料的電阻是恒定的。電流與電壓的關(guān)系服從歐姆定律。l 但是，有些陶瓷材料的電阻隨著電壓而變化，例如 ZnO等，稱為 可變電阻 。它具有根據(jù)外部電壓的大小而改變自身電阻的能力，故被列入智能材料范疇。l 它能用作智能性 電路開關(guān) ；用這種可變電阻制作成 加熱元件 時，可以自動控制自己的加熱溫度。 這種本身具有控溫能力的材料已成為高級轎車空調(diào)的核心元件。 光致變色玻璃（ 光色玻璃）也是一種能自行調(diào)節(jié)透光性能的智能材料。利用 Ag0－ Ag+化學(xué)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，能夠自動屏蔽強的光線。最近的所謂 智能窗 ， 就是利用光能 電能之間轉(zhuǎn)換，形成能屏蔽光線的大型透明窗口或者能夠顯示亮度和色彩的顯示屏幕。 （一）彩色裝飾玻璃（一）彩色裝飾玻璃 ：國內(nèi)首創(chuàng)新產(chǎn)品，填補國內(nèi)空白，主要用：國內(nèi)首創(chuàng)新產(chǎn)品，填補國內(nèi)空白，主要用于各種樓、堂、館、所及廣告裝飾，具有色澤鮮艷，光彩照人于各種樓、堂、館、所及廣告裝飾，具有色澤鮮艷，光彩照人，反射性能強，能拼湊成各種圖案，永不褪色等特點。目前，反射性能強，能拼湊成各種圖案，永不褪色等特點。目前，該產(chǎn)品全部出口東南亞地區(qū)，深受外商青睞。該產(chǎn)品全部出口東南亞地區(qū)，深受外商青睞。 （二）工業(yè)用濾色玻璃、光學(xué)儀器玻璃（二）工業(yè)用濾色玻璃、光學(xué)儀器玻璃 ：主要用于各種儀器儀表：主要用于各種儀器儀表盤的濾色防護，有幾十種顏色規(guī)格盤的濾色防護，有幾十種顏色規(guī)格 。 自調(diào)節(jié)智能材料的另一有趣實例，就是能夠使 藥物定位投放 。日本科學(xué)家已經(jīng)研制一種微細膠囊物質(zhì)材料，能夠?qū)⑺幬锇髱У缴眢w的病變部位。在病變部位膠囊物質(zhì)表皮自行破裂而釋放出藥物，醫(yī)治病變細胞。 這種定向投藥原理，用于農(nóng)藥和化肥在酸堿土壤中的定位投放，能提高效率，降低成本，減少污染，是農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向。（ ⅲ ） 自適應(yīng)性和自修復(fù)性l 研究得比較多的是使 材料表層的形狀和厚度 能根據(jù)需要隨時 自動形成 。人體皮膚的自適應(yīng)性。l 如：鈦鋁合金 是用于高溫發(fā)動機的重要高溫材料，高溫使用時，氧化皮層容易裂開和脫落，人們通過加入一些物質(zhì)到材料中，在表皮發(fā)生裂紋時，能及時擴散進表皮的裂紋傷口內(nèi)，充填裂紋，并逐漸隆起形成致密的抗氧化層而保護材料肌體部件。 又如：在高溫真空器件的不銹鋼中，加入 B和 N元素，在進入使用狀態(tài)后， B和 N會向表層擴散并相互結(jié)合形成一層致密的 BN高溫陶瓷保護層 ，保護層是材料中 “ 自生 ” 出來的，在成分和結(jié)構(gòu)上與基底之間逐漸過渡，所以結(jié)合非常牢固。這一舉解決了以往的陶瓷涂層容易剝落的問題。 形狀記憶材料l 形狀
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