[科普中國]-智能復(fù)合材料

智能復(fù)合材料是指為機(jī)敏復(fù)合材料高級形式，但機(jī)敏復(fù)合材料只能作出簡單線性的響應(yīng)。而復(fù)合材料能根據(jù)環(huán)境條件的變化程度能非線性地使材料適應(yīng)以達(dá)到最佳的效果。可以說在機(jī)敏復(fù)合材料的自診適應(yīng)和自愈合的基礎(chǔ)上增加了自決策的功能，體現(xiàn)所具有的高級形式。智能復(fù)合材料和系統(tǒng)也可簡稱之為智能材料和系統(tǒng)(intelligent materials and system)尚無統(tǒng)一的名稱，同時它的概念也在不斷的擴(kuò)展。

簡介智能復(fù)合材料為機(jī)敏復(fù)合材料的高級形式，但機(jī)敏復(fù)合材料只能作出簡單線性的響應(yīng)。而復(fù)合材料能根據(jù)環(huán)境條件的變化程度能非線性地使材料適應(yīng)以達(dá)到最佳的效果。可以說在機(jī)敏復(fù)合材料的自診適應(yīng)和自愈合的基礎(chǔ)上增加了自決策的功能，體現(xiàn)所具有的高級形式。智能復(fù)合材料和系統(tǒng)也可簡稱之為智能材料和系統(tǒng)(intelligent materials and system)尚無統(tǒng)一的名稱，同時它的概念也在不斷的擴(kuò)展1。

智能復(fù)合材料的構(gòu)成（1）基體材料

基體材料主要起承受載荷的作用，一般選用輕質(zhì)材料，其中高分子材料因重量輕、耐腐蝕等優(yōu)點而受到人們的重視。也可選用金屬材料，尤其以輕質(zhì)有色合金為主。

（2）傳感器部分(敏感材料)

傳感器部分由具有感知能力的敏感材料構(gòu)成。它的主要作用是感知環(huán)境的變化 ,如溫度、壓力、應(yīng)力、電磁場等，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號。這種材料有形狀記憶合金、壓電材料、光纖、磁致伸縮材料、PH致伸縮材料、電致變色材料、電致粘流體、磁致粘流體、液晶材料、功能梯度材料和功能塑料合金。

（3）驅(qū)動器部分

構(gòu)成驅(qū)動器部分的驅(qū)動材料如形狀記憶合金、磁致伸縮材料、PH致伸縮材料、電致伸縮材料等。在一定的條件下可產(chǎn)生較大的應(yīng)變和應(yīng)力，從而起到響應(yīng)和控制的作用?？梢愿鶕?jù)溫度、電（磁）場等的變化而改變其形狀、尺寸、位置、剛性、自然頻率、阻尼以及其它一些力學(xué)特征，因而可具有對環(huán)境的自適應(yīng)功能。

（4）信息處理器部分

信息處理器部分是智能復(fù)合材料的最核心部分。隨著高度集成的硅晶技術(shù)的發(fā)展，信息處理器也變得越來越小，這就為將信息處理器復(fù)合進(jìn)智能復(fù)合材料提供了良好的條件。

智能材料智能材料的構(gòu)想來源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些獨特功能制造人類使用的工具，如模仿蜻蜓制造飛機(jī)等等），它的目標(biāo)就是想研制出一種材料，使它成為具有類似于生物的各種功能的“活”的材料。因此智能材料必須具備感知、驅(qū)動和控制這三個基本要素。但是現(xiàn)有的材料一般比較單一，難以滿足智能材料的要求，所以智能材料一般由兩種或兩種以上的材料復(fù)合構(gòu)成一個智能材料系統(tǒng)。這就使得智能材料的設(shè)計、制造、加工和性能結(jié)構(gòu)特征均涉及到了材料學(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2。

智能材料的特征
因為設(shè)計智能材料的兩個指導(dǎo)思想是材料的多功能復(fù)合和材料的仿生設(shè)計，所以智能材料系統(tǒng)具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：

（1）傳感功能（Sensor）
能夠感知外界或自身所處的環(huán)境條件，如負(fù)載、應(yīng)力、應(yīng)變、振動、熱、光、電、磁、化學(xué)、核輻射等的強(qiáng)度及其變化。

（2）反饋功能（Feedback）
可通過傳感網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)輸入與輸出信息進(jìn)行對比，并將其結(jié)果提供給控制系統(tǒng)。

（3）信息識別與積累功能

能夠識別傳感網(wǎng)絡(luò)得到的各類信息并將其積累起來。

（4）響應(yīng)功能
能夠根據(jù)外界環(huán)境和內(nèi)部條件變化，適時動態(tài)地作出相應(yīng)的反應(yīng)，并采取必要行動。

（5）自診斷能力（Self-diagnosis）
能通過分析比較系統(tǒng)的狀況與過去的情況，對諸如系統(tǒng)故障與判斷失誤等問題進(jìn)行自診斷并予以校正。

（6）自修復(fù)能力（Self-recovery）
能通過自繁殖、自生長、原位復(fù)合等再生機(jī)制，來修補(bǔ)某些局部損傷或破壞。

（7）自調(diào)節(jié)能力（Self-adjusting）
對不斷變化的外部環(huán)境和條件，能及時地自動調(diào)整自身結(jié)構(gòu)和功能，并相應(yīng)地改變自己的狀態(tài)和行為，從而使材料系統(tǒng)始終以一種優(yōu)化方式對外界變化作出恰如其分的響應(yīng)。

分類復(fù)合材料智能結(jié)構(gòu)分為被動控制式和主動控制式兩類。

被動控制式智能結(jié)構(gòu)低級而簡單（亦稱為機(jī)敏結(jié)構(gòu)），只傳輸傳感器感受到的信息，如應(yīng)變、位移、溫度、壓力和加速度等，結(jié)構(gòu)與電子設(shè)備相互獨立。

主動控制式是一種智能化結(jié)構(gòu)，具有先進(jìn)而復(fù)雜的功能，能主動檢測結(jié)構(gòu)的靜力、動力等特性，比較檢測結(jié)果，進(jìn)行篩選并確定適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，控制不希望出現(xiàn)的動態(tài)特性3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

邱學(xué)農(nóng) - 副教授 - 濟(jì)南大學(xué)