敏感材料與器件論文提要：當(dāng)今社會(huì)智能材料的發(fā)展日益快速，種類眾多，功能日益強(qiáng)勁，下文將從概括性地介紹智能材料并主要介紹其中的形狀記憶合金分類、種類、性能及應(yīng)用等方面的簡單敘述，最后，對智能材料日后的發(fā)展做出一定的預(yù)測。關(guān)鍵詞：智能材料、形狀記憶合金、機(jī)理、分類、性能、應(yīng)用、發(fā)展正文：一、智能材料的概念智能材料是近年來迅速發(fā)展的一類新型復(fù)合材料它是將傳感器等復(fù)合于基體材料之中，使之既能承載又具有對環(huán)境的“自適應(yīng)”功能的人工智能型新材料。二、智能材料的類別（一）按材料基質(zhì)的不同分類(屬系智能材料主要種類：形狀記憶合金、磁致伸縮材料等(機(jī)非金屬系智能材料主要種類：電磁流變流體、壓電陶瓷、光致變色和電致變色材料等光纖智能材料。(分子系智能材料主要種類刺激響應(yīng)性高分子凝膠智能高分子膜材智能藥物釋放體系智能纖維與織物等(合和雜化型智能材料（二）按材料的智能特性不同分類、形狀記憶合金；電流變體和磁流變體；、磁致伸縮材料；、壓電陶瓷；、電致伸縮陶瓷；、光纖智能材料；、光致變色玻璃；、電致變色材料；這些材料可以感知環(huán)境變（溫度壓力應(yīng)力通過一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可以在一定條件下產(chǎn)生較大的特性變化從而起到響應(yīng)和控制的作用。三、智能材料的特性因?yàn)橹悄懿牧弦怨δ懿牧蠟榛A(chǔ)以仿生學(xué)人工智能及系統(tǒng)控制為指導(dǎo)依據(jù)材料復(fù)合的非線性效應(yīng)用先進(jìn)的材料復(fù)合技術(shù)將感知材料驅(qū)動(dòng)材料和基體材料進(jìn)行復(fù)合為設(shè)計(jì)思從仿生學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，智能材料內(nèi)部應(yīng)具有或部分具有以下生物功能：-1-敏感材料與器件論文1傳感功能：能感知自身所處的環(huán)境與條件，如負(fù)載、應(yīng)力、應(yīng)變、振動(dòng)、熱、光、電、磁、化學(xué)、核輻射等的強(qiáng)度及其變化。2反饋功能能通過傳感神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)的輸入和輸出信息進(jìn)行比較并將結(jié)果提供給控制系統(tǒng)，從而獲得理想的功能。3信息積累和識別功能能積累信息能識別和區(qū)分傳感網(wǎng)絡(luò)得到的各種信息并進(jìn)行分析和解釋。4學(xué)習(xí)能力和預(yù)見性功能能通過對過去經(jīng)驗(yàn)的收集對外部刺激做出適當(dāng)反應(yīng)并可預(yù)見未來并采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。5響應(yīng)性功能：能根據(jù)環(huán)境變化適時(shí)地動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)自身并做出反應(yīng)。6自修復(fù)功能：能通過自生長或原位復(fù)合等再生機(jī)制來修補(bǔ)某些局部破損。7自診斷功能能對現(xiàn)在情況和過去情況作比較從而能對諸如故障及判斷失誤等問題進(jìn)行自診斷和校正。8自動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡及自適應(yīng)功能能根據(jù)動(dòng)態(tài)的外部環(huán)境條件不斷自動(dòng)調(diào)整自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而改變自己的行為．以一種優(yōu)化的方式對環(huán)境變化做出響應(yīng)。四、智能材料中金屬智能材料主要包括：形狀記憶合金和磁致伸縮材料形狀記憶合金①簡介】形狀記憶合金是一種具有形狀記憶效應(yīng)和超彈性特性的神奇材料所不具有的這種獨(dú)特的特性是19首先在Au-47現(xiàn)的，并于19在Ti的研究報(bào)告中公開發(fā)表形狀記憶合金現(xiàn)在被作為一種新型功能性合金應(yīng)用于管道連接、蜂窩電話天線和電子產(chǎn)品的各種驅(qū)動(dòng)器，等【1?！繄D1人造衛(wèi)星上龐大的天線可以用記憶合金制作。發(fā)射人造衛(wèi)星之前將拋物面天線折疊起來裝進(jìn)衛(wèi)星體內(nèi)火箭升空把人造衛(wèi)星送到然。圖加熱會(huì)變直的勺子-2-敏感材料與器件論文②形狀記憶效應(yīng)及超彈性機(jī)理形狀記憶效應(yīng)（ShapeMemorySEfect,它是發(fā)生馬氏體相變的某些合金的獨(dú)特性質(zhì)在高溫下處理成一定形狀的金屬急冷下來在低溫相狀態(tài)下經(jīng)塑性變形為另一種形狀逆相變溫度時(shí)種效應(yīng)的金屬，通常是由兩種以上的金屬元素構(gòu)成的合金，故稱為形狀記憶合金（ShapeMemo稱Aloys,超彈性(superelticity)f對母相狀態(tài)的樣品在A溫度以上施加外力，隨外力增加，樣品首先發(fā)生遵循虎克f(Hook)彈性變形。應(yīng)力超過彈性極限后，隨應(yīng)力的緩慢增加，樣品的應(yīng)變顯著增加，在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)卸載，應(yīng)變會(huì)完全消失，如同彈性變形，但其應(yīng)變量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出通常意義上的彈性變形，稱之為超彈性變形。其實(shí)質(zhì)與彈性變形不同，故又稱它為偽彈性(pseudoeicity性。超彈性變形是由應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變導(dǎo)致的。形狀記憶機(jī)理：形狀記憶效應(yīng)是由于合金中發(fā)生了熱彈性或應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變熱彈性馬氏體和應(yīng)力誘發(fā)馬氏體統(tǒng)稱為彈性馬氏體。只有彈性馬氏體相變才能產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)。熱彈性馬氏體相變形狀恢復(fù)完全可逆需具備以下條件：馬氏體相變是熱彈性的；母相和馬氏體呈現(xiàn)有序的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；馬氏體點(diǎn)陣的不變切變?yōu)閷\生，亞結(jié)構(gòu)為孿晶或?qū)渝e(cuò)；馬氏體相變在晶體學(xué)上是可逆的。出現(xiàn)熱彈馬氏體相變的條件：母相與馬氏體的比容差?。荒赶嗟膹椥詷O限高；母相原子排列規(guī)律性強(qiáng)；熱彈性馬氏體相變確保不破壞母相與新相之間的共格聯(lián)系新相在加熱條件下容易向母相轉(zhuǎn)變。③形狀記憶合金分類（）單程記憶效應(yīng)f在較低的溫度下變形，只在加熱到A以上，馬氏體逆轉(zhuǎn)變成奧氏體，發(fā)生形狀回復(fù)的f現(xiàn)象，顯示出記憶熱態(tài)形狀的能力。-3-敏感材料與器件論文通常用于一次性抱合和連接的緊固件、連接件和密封件。（）雙程記憶效應(yīng)加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀冷卻時(shí)又恢復(fù)低溫相形狀這個(gè)過程可以重復(fù)進(jìn)行顯示出能分別記憶冷和熱狀態(tài)下原有形狀的能力，稱為雙程記憶效應(yīng)。（）全程記憶效應(yīng)加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤钚?yīng)。④形狀記憶合金的種類——成分劃分Ti-Ni記憶合金業(yè)醫(yī)學(xué)及人類生活領(lǐng)域獲得應(yīng)用但由于其原材料NT價(jià)格昂貴且加工成本高等因2 3素，其應(yīng)用受到限制。在Ti合金系中有TiNiN和TN2 3C基形狀記憶合金價(jià)格便宜銅基形狀記憶合金是這三類合金中種類最多的一類，由CuZCu二元系發(fā)展而來；有Cu-Zn-Al基、Cu-A基；NCu-Al-Mn有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的目前只有Cu-Z和-Al-Ni兩種。F基形狀記憶合金發(fā)展較晚成本較Ti銅系合金低得多易于加工在應(yīng)用方面具有明顯的競爭優(yōu)勢最具價(jià)值和應(yīng)用前景的系統(tǒng)：FeMnS系、FeNi系oTi⑤形狀記憶合金的性能機(jī)械性質(zhì)優(yōu)良，能恢復(fù)的形變可高達(dá)10（一般金屬材料＜0；加熱時(shí)產(chǎn)生的回復(fù)應(yīng)力非常大，可達(dá)500MPa無通常金屬呈現(xiàn)的“疲勞斷裂”現(xiàn)象；可感受溫度適應(yīng)性。⑥形狀記憶合金的應(yīng)用由于形狀記憶合金除具有獨(dú)特的形狀記憶功能外還具有超彈性高阻尼蝕等優(yōu)點(diǎn)，所以在機(jī)械、建筑、航空航天、汽車以及醫(yī)療等許多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)械工程最早應(yīng)用是在管接頭和緊固件上在機(jī)械零件的連接管道的連接飛機(jī)的空中加油的接口處用形狀記憶合金加工成內(nèi)徑比欲連接管的外徑小4%套管然后在液氮溫度下將套管擴(kuò)徑約8配時(shí)將這種套管從液氮取出把欲連接的管子從兩端插入當(dāng)溫度升高至常溫時(shí)利用電加熱改變溫度接口處記憶合金變形套管收縮即形成緊固密封,-4-敏感材料與器件論文【】使接口緊密滴水油不漏遠(yuǎn)勝于焊接特別適合用于航空航天核工業(yè)及船艦和海底輸油管道等在一些施工不便的部位用記憶合金制成銷釘裝入孔內(nèi)加熱其尾端自動(dòng)分開卷曲實(shí)現(xiàn)緊固利用記憶合金的感溫驅(qū)動(dòng)雙重功能制作機(jī)器人機(jī)械手體型微小結(jié)構(gòu)緊湊【】建筑工程形狀記憶合金具有超彈性特性和高阻尼特性含形狀記憶合金的結(jié)構(gòu)可以顯著增加系統(tǒng)的阻尼減小結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)可以用它制作各種形式的阻尼耗能裝置還可以利用形狀記憶合金設(shè)計(jì)隔震器位移耗能減少下部結(jié)構(gòu)地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳輸從而達(dá)到保護(hù)上部結(jié)構(gòu)的目的提高結(jié)構(gòu)的抗震性能【】】航空航天工業(yè)美國F-飛機(jī)的液壓系統(tǒng)中平均每架要用8形狀記憶合金接頭自19以來美國海軍飛機(jī)上使用了幾十萬個(gè)這樣的管接頭沒出現(xiàn)過一次失效的記錄【】除了做管接頭外，形狀記憶合金還用在宇宙飛船天線、緊固件、連接部件、電器連接和機(jī)電執(zhí)行元件上【5。】】．汽車工業(yè)。用于發(fā)動(dòng)機(jī)防熱風(fēng)扇離合器、排氣自動(dòng)調(diào)節(jié)噴管、柴油機(jī)散熱器孔自動(dòng)開關(guān)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)抽過濾器的形狀記憶彈簧【6?！俊浚t(yī)療器械。形狀記憶合金因具有良好的力學(xué)性能和生物相容性已在醫(yī)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用NiTi記憶合金,其良好的超彈性和形狀記憶效應(yīng)已成功應(yīng)用于口腔牙齒的矯正外科的矯正和整形及心血管的微創(chuàng)介入治療產(chǎn)品。被拉直的濾器植入靜脈后會(huì)逐漸恢復(fù)成網(wǎng)狀從而阻止9凝血塊流向心臟和肺部已進(jìn)入醫(yī)療臨床試用的還有手術(shù)縫合線腦動(dòng)脈瘤夾人造腎臟用微型泵等【7?！课?、智能材料日后的發(fā)展趨勢】縱觀人類社會(huì)發(fā)展歷史我們不難看到標(biāo)志展的歷史當(dāng)今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展國防建設(shè)和傳感技術(shù)又提出了越來越苛刻越復(fù)雜化和多樣化的要求因此新材料的發(fā)展方向可以歸結(jié)為四個(gè)方面：高性能化、多維多功能化、復(fù)合化、智能【8?！繀⒖紩浚骸尽繌埓翰盘K佳燦譯褚幼義楊大智審《形狀記憶合金》第二軍醫(yī)大學(xué)出版社序【】孫雙雙董靜任勇生.《形狀記憶合金在機(jī)械工程中的研究與應(yīng)用》機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新:25-27【】趙可昕楊永民《形狀記憶合金在建筑工程中的應(yīng)