智能材料结构

55
2、传感材料
传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）。
常用传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、磁流变体和晶材料等。
66
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 用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电 流变体和磁致伸缩材料等。
2、医学领域
（1）人造皮肤
人造皮肤智能材料，可 以感知温度、热流的变 化以及各种应力的大小 ，并且有良好的空间分 辨力。
这种智能材料还可 以分辨表面状况，例如 ，粗糙Hale Waihona Puke Baidu、摩擦力等。
12 12
（2）人工关节
（3）人造血管
13 13
（4）智能药物释放体系——以智能材料为载体 材料，根据病情所引起的化学物质和物理量(信 号)的变化自反馈控制药物释放的通/断特性。 如：智能胰岛素释放体系。
99
二、智能材料结构的应用现状和未来发展方向
1、应用现状
建筑和结构工程领域
医学领域
航空航天领域
10 10
1、建筑和结构工程领域
（1）自诊断、自愈合混凝 土 （2）具有振动和噪声主动 控制功能的智能结构。 （3） 抗震建筑物
利用镍钛诺形状记忆合金（SMA）制成 的缆索能够有助于抵御地震或者飓风
11 11
智能材料结构
自然界的启示
11
• 智能材料结构的概 一 念、构成和种类
• 智能材料的应用现 二 状和未来发展方向
22
一，智能材料的概念和基本原理
智能材料的构想来源于仿生学，它的目标就是想研制出 一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活” 的材料。
独角仙的外壳可以随着外 界空气变潮湿其外壳的颜 色由绿色变成黑色。它所 呈现的外壳结构特征将成 为未来一种‘智能材料’ 的重要特性，科学家可以 依据这种特征研制作为湿 度探测器的新型材料。
3、传感器制动器的优化研究 。传感器和致动器优化配 置的研究也是目前急需解决的问题。
20 20
谢谢！
21 21
16 16
形状记忆合金驱动 后缘变形机翼模型
形状记忆合金变后缘弯度模型
17 17
（3）结构检测和寿命预测
智能结构可用于实时测量结构内部的应变、温度 、裂纹，探测疲劳和受损伤情况，从而能够对结构 进行监测和寿命预测。
18 18
（4）减震降噪
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
19 19
2、智能材料结构的未来研究方向
1、新型智能复合材料的研发。开发出能耗低、应变大、 频带宽、力学性能优越、稳定性和寿命高的新型智能材 料。
2、系统集成技术的研究。目前，大多数智能结构仅具有 传感功能，其处理和控制功能还需外接，往往是一个包 含众多功放、滤波、AID、D／A等的庞大系统，这对于 实际的应用而言是不便的。因此开发高精度的传感器以 及研究有效的信号采集和处理技术也显得至关重要。
可以看出，这些材料既是驱动材料又是传感 材料，显然起到了身兼二职的作用，这也是智能 材料设计时可采用的一种思路。
77
智能材料结构的工作原理
88
智能材料结构的种类
智能材料结构可分为两种类型：1、嵌入式智能 材料；2、材料本身具有一定的智能功能
按智能材料的功能来分，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。
33
智能材料结构的概念：将具有仿生命功能的材料
融合于基体材料中，使制成的构件具有人们期望的 智能功能，这种结构称为智能材料结构。
智能材料的构成：一般来说智能材料由基体材料、 传感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。
44
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。
一般基体材料首选高分子材料，因为其 重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性 特征。其次也可选用金属材料，以轻质有色 合金为主。
14 14
3、在航空航天领域中的应用
（1）智能蒙皮
例如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，可用于改善气动特性、预警、隐身和通信。
15 15
（2）智能材料结构在变体飞行器中的应用
形状记忆聚合物展开蒙皮
形状记忆聚合物泡沫机翼夹心