智能材料

智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。

定义

智能材料还没有统一的定义。不过，现有的智能材料的多种定义仍然是大同小异。大体来说，智能材料就是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。具体来说，智能材料需具备以下内涵：

(1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度，如电，光，热，应力，应变，化学，核辐射等；

(2)具有驱动功能，能够响应外界变化；

(3)能够按照设定的方式选择和控制响应；

(4)反应比较灵敏,及时和恰当；

(5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。

智能材料又可以称为敏感材料，其英文翻译也有若干种，常用的有Intelligent material，Intelligent material and structure，Smart material，Smart material and structure，Adaptive material and structure等.。

分类

作为一种新型材料，一般认为，智能材料由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成。这种材料可以自我发现故障，自我修复，并根据实际情况作出优化反应，发挥控制功能。智能材料可分为两大类：

（1）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。

（2）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。

这只是一种比较笼统的分类方法，由于智能材料还在不断的研究和开发之中，因此相继又出现了许多具有智能结构的新型的智能材料。如，英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为10分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。

研究方向

智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。构成智能材料的基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变液、磁致伸缩材料和智能高分子材料等。智能材料的出现将使人类文明进入一个新的高度，但距离实用阶段还有一定的距离。今后的研究重点包括以下六个方面：

（1） 智能材料概念设计的仿生学理论研究

（2） 材料智然内禀特性及智商评价体系的研究

（3）耗散结构理论应用于智能材料的研究

（4） 机敏材料的复合-集成原理及设计理论

（5） 智能结构集成的非线性理论

（6） 仿人智能控制理论

常见智能材料

1．压电材料

压电材料是一种能够实现电能与机械能相互转化的机敏材料，压电材料主要包括无机压电材料、有机压电材料和压电复合材料 3类。居里兄弟在对石英晶体的介电现象和晶体对称性的试验研究中发现了压电效应，压电效应分为正压电效应和逆压电效应 2种情况。当机械力作用在其上时，内部正负电荷中心发生相对位移而产生电的极化，就是正压电效应

2．形状记忆合金

形状记忆合金是自执行智能材料的一种。20世纪 60年代美国海军军械研究所的Buehler在研究中发现了镍钛（Ni -Ti）合金具有“形状记忆效应”，并以此为基础研究了形状记忆合金。利用这一特性可以制成理想驱动器，因其被加热至奥氏体温度时，可自行恢复到原形状。其通常以细丝状态用于智能结构，主要适合于低能量要求的低频和高撞击应用。目前形状记忆材料已经形成了相对较大的一个门类，主要分为 ：形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物。

3．电流变液

电流变液也是自执行智能材料的一种，是与磁流变体性能极为相似的混合物。这种材料在常态下是流体，其中自由分布着许多细小可极化悬浮颗粒，当这种流体处于电场或磁场中，在电场或磁场的作用下，其中的悬浮颗粒很快形成链状，从而形成具有一定屈服强度的半固体，这样的电流变体或磁流变体具有响应快、阻尼大、功耗小的特点。