仿生智能材料论文

仿生智能材料论文

仿生智能材料

现在仿生智能材料的发展和研究是一个非常好的前景，人们所用的许多东西，所研究需要的性能都离不开动物机能的启发。然而在这次选修课上我也学到了许多平时学不到的知识，如今我的专业课就是材料科学与工程，更让我解到了仿生智能材料对各种物件和科研的重要性了。上课时间老师也让我们观看了许多视频资料，让我们也了解到，学到了许多东西。

比如，蜘蛛丝的仿生材料研究，也是人们最早开始研究并取得成功的仿生材料之一，就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。蜘蛛吐出的丝，人类很早以前就对其在研究，然而在最近几十年才知道，这些丝全部是由蛋白质构成的，具有温暖的触感和美丽的光泽。二十世纪以来，人们模仿蜘蛛吐丝和蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法。以后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等服用性能研制了许多新型纤维材料。这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功。另外人们对蜘蛛丝进行的研究，一直以来研究者们都很期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样的人造丝。

因此，生体高分子纤维因其固有的生体功能而被广泛应用于纺织、医学、生物等多个领域中，自二十世纪九十年代以来，又出现了许多仿生和超生高分子纤维材料，并将开发的热点转向高强轻质的新型纤维。蜘蛛因而具有许多天然纤维甚至高性能合成纤维无法比拟的优异力学性能，而成了国内外许多研究机构和学者关注的焦点。近年来，许多国外的学者在研究蜘蛛丝结构和性能的同时，借助于日益发展的生物技术，采用基因移植的方法研制了人工合成蜘蛛丝蛋白，并采用化学纤维纺丝的方法将其制成类蜘蛛丝，但由于性能上的缺陷、加工过程复杂、成本高等一些因素，仿蜘蛛丝尚未实现工业化生产。从材料科学的角度来看，纤维的性能取决于其大分子链结构和聚集态结构，探明纤维性能形成机理的根本在于：掌握其结构和性能间的本构关系。因此，要使蜘蛛丝的力学性能在人造生体高分子纤维上得到表达，研究其性能的结构机理和形成这种结构的方法原理是至关要的。

在非洲草原上老虎捕时，身体瞬间迸发发出的能量，和瞬间身体机能的改变。老虎不能长时间的奔跑，但是奔跑时的速度很快，加上从不正面出击，哪怕是对其危险性极小的狍子、梅花鹿、山羊等猎物，也都是从后面袭击。再者是近距离伏击。老虎攻击确定猎物时，往往是充分利用周围的植物，匍匐下身体，悄悄地靠近猎物；或者埋伏在猎物附近静悄悄地等待猎物靠近；无论是匍匐前进还是就近潜伏，老虎都选择正对猎物屁股那个方向悄然接近。其次是短线作战，老虎有点像股票市场的短线炒手，通常是在离猎物距离很短的时候才发动突然袭击，有点类似希特勒的闪电战，在猎物还在低头吃草的时候，在猎物措不及防的时候，在最短的距离里，以最强的瞬间爆发力，以最快的速度偷袭对手的屁股。等对手反应过来的时候，老虎的血盆大口已经紧紧咬住了其咽喉的位置，老虎的锋利爪子已经像钢钉一样扎进了其脊背两侧的肌肉里。老虎的速度、爆发力、耐力、绝对力量和爪牙都是最厉害的，即使是采取长距离奔袭和正面进攻，估计在地球上除了拥有猎枪的人类，老虎想捕杀任何猎物都不是件难事；然后老虎采取的却是近距离短线屁股后面的的偷袭策略。

在天空中飞翔的鸽子，经过研究科学家们用磁学理论来解释鸽子的定向能力。地球磁场在广大区城上随不同地点和方向而不同。从而可为鸽子提供位置信

息。磁场强度，磁倾角，磁偏角相互之间可形成一个高度非正交的网。在数百千米区域内，这些成分大致恒定。但在整个地球表面则是逐渐变化的。这些变化的成份相互形成的梯度网称为导航图，可用来进行定向。近年来的实验证实了磁导航的存在。当给鸽子弹的头上加上一块具有特定极性的人工磁铁后，鸽子的飞行不能进行正确的定向；每当太阳质子活动剧烈时，地球磁场受到干扰，鸽子的返巢率也随之大大降低。此外，初步的研究结果表明，在鸽子的颅骨下方的前脑中具有长约0.1微米的针状磁铁。他们认为鸽子能利用地磁来定向，它们具有探测地球四个基点的能力，能接受到磁场反馈的变化信号，磁感应的变化能对鸽子产生影响，从而帮助鸽子导航，辨别方向。

然而，在那贫瘠的沼泽地里长着的植物，也有靠着敏锐的感官来辨别周围的变化，进行捕食。比如，南亚和澳大利亚的猪卷草，茅膏菜与产于南美的捕蝇草及瓶子草等。这些植物大都生长在热带沼泽地带，因为这类地区往往土壤贫瘠，所以植物不得不捕食动物以增加营养。这类植物捕食的方式基本有两种：一是生有捕捉器或夹子般的叶子，叶子两半能迅速闭合，把牺牲品夹在当中。如茅膏菜，它的叶子平时分两片张开，叶上分泌有甜味的液体，一旦有昆虫类小动物碰到叶子上的触毛，两片叶子立即闭合，把昆虫夹在其中，并分泌消化液把它消化以吸收养分。大约十天后，消化已毕，叶子重新张开，等候捕捉下一个猎物。另一类如猪笼草，瓶子草，叶子演化成瓶状，瓶口色彩鲜艳如花，并能分泌具有香味的蜜腺，吸引昆虫等小动物。而瓶颈又长着向下斜生的硬毛，昆虫只要爬进瓶中就无法逃出，瓶底的消化液会迅速把它消化掉。这些能捕食动物的植物，虽然令不少人觉得惊奇，但它们确实存在。然而，这些植物都不高大，一般只有二三十厘米，最高的也不过六七十厘米高。它们只能捕食小动物，主要是捕食昆虫，较大的品种，偶尔也能捕食小型的蛙或壁虎等。因此人们把它们称为捕虫植物或食虫植物。至于稍大些的动物，哪怕是小老鼠，它们是根本无力捕获的。真正吃人的草是不存在，猪笼草那样的捕虫植物也只是把小虫当成“点心”，主要还是依靠自身的光合作用产生养料的。

鲸鱼的进化与骨骼演变，从解剖学可以看出，鲸如何经受了失去四肢、肱骨、后肢带等身体骨骼与器官的巨大变化而具有几乎是尽善尽美地适应泽国生活能力的生物的。所以，科学家们只能推测可能是一种四足动物在过去的某个时候变成了鲸的始祖。鲸鱼的隐没在肌肉组织里的退化了的小骨生长之处正是爬行鲸的前后肢所在。然而，鲸的远祖前肢短，后肢较长而粗壮。二现在的鲸鱼在水中也可以灵活地利用后肢参与整个身躯的波浪式运动。远祖鲸的尾巴相当长，尽管它没有现代鲸的尾鳍但仍不失为一把游泳好手。考古从发掘出的骨架看，这种三米长动物它已具备了一系列与爬行鲸不同的特征。它无须再像它的先辈那样爬上陆地了。骨架是在沉积岩中发现的。地质学家指出，这种沉积岩形成于很深的海底，这一事实很能说明鲸的更近代的祖先已经非常适应本属于鱼类的无垠的海洋空间了。骨架在科学的面前揭示了一种动物的后肢变化的典型渐进过程。不是灾难性的事件而是在物种演化突变的影响下的普普通通的变化以及自然条件的改变所进行的选择。使鲸最终失去了它的后肢。

学习本科目以后对此，我也受到了深刻的启发。在进入20世纪，人类开始遇到人口增长、资源匮乏、环境恶化等问题的威胁。研究仿生智能材料等，在解决这些问题时具有核心科学作用。化学材料不但大量制造各种自然界已有的物

质，而且能够根据人类需要创造出自然界本不存在的物质。仿生智能化学材料能够提供组成分析和结构分析手段，使我们能在分子层次上认识天然以及合成物质和材料的组成及结构，掌握和解释结构功能的关系，从而能够预测、设计和裁剪分子。而各种生物体的机能及构造，决定化学材料研究的热力学、动力学理论，而且能从理论上指导新物质（如催化剂）和反应新条件（如高压、高温、超临界状态）的设计及创造，因而能够达到自然过程不能达到的H标。

我所受到的感受是，仿生材料的研究是，牵动其它学科向分子层次发展。在20世纪，整个自然科学领域中，即所有物质科学都向分子层次发展。这一发展趋势与化学材料的牵头作用有关。生物学从描述性科学发展成为20世纪末的前沿学科，在很大程度上依靠化学提供的理论、概念、方法，甚至试剂和材料。仿生智能材料化学研究带动其它学科的过程研究。化学作为研究物质世界各种变化的科学，使我们逐渐掌握了物质变化的规律和各类化学反应的机理。仿生智能材料科学的发展。人类从利用天然材料到创造和利用合成材料是人类历史卜的一大关键性进步，是人类更好的研究世界万物发展的里程碑。包括合成化学、高分子化学、催化化学、过程化学等材料的研究和开发。

也可以说仿生智能材料，材料科学的研究开发是一个何有前景的学科，无论何时只要我们把所需要的各种性能的材料研究出来，我们就能制造出出色的，有利于人类发展和使用的工具。所以学院对开设仿生智能材料这一学科是很必要的，让我们更多的了解理解更多关于材料的知识。也让我们学习材料的学生找到了前进的方向和目标。

智能材料及其发展

智能材料及其发展 1.材料的发展 材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或者其他产品的物质，是人类生活、生产的基础，是人类认识自然和改造自然的工具，与信息、能源并列为人类赖以生存、现代文明赖以发展的三大支柱。材料也是人类进化的标志之一，一种新材料的出现必将促进人类文明的发展和科技的进步，从人类出现，经历旧石器时代、新石器时代、青铜时代……，一直到21世纪，材料及材料科学的发展一直伴随着人类的文明的进步。在人类文明的进程中，材料大致经历了一下五个发展阶段。 1）利用纯天然材料的初级阶段：在远古时代人类只能利用纯天然材料（如石头、草木、野兽毛皮、甲骨、泥土等），也就是通常所说的旧石器时代。这一阶段人类只能对纯天然材料进行简单加工。 2）单纯利用火制造材料阶段：这一阶段跨越了新石器时代、青铜时代和铁器时代，它们风别已三大人造材料为象征，即陶、铜、铁。这一时期人类利用火来进行烧结、冶炼和加工，如利用天然陶土烧制陶、瓷、砖、瓦以及后来的玻璃、水泥等，从天然矿石中提炼铜、铁等金属。 3）利用物理和化学原理合成材料阶段：20世纪初，随着科学的发展和各种检测手段及仪器的出现，人类开始研究材料的化学组成、化学键、结构及合成方法，并以凝聚态物理、晶体物理、固体物理为基础研究材料组成、结构和性能之间的关系，并出现了材料科学。这一时期，人类利用一系列物理、化学原理、现象来创造新材料，这一时期出现的合成高分子材料与已有的金属材料、陶瓷材料（无机非金属材料）构成了现代材料的三大支柱。除此之外，人类还合成了一系列的合金材料和无机非金属材料，如超导材料、光纤材料、半导体材料等。 4）材料的复合化阶段：这一阶段以20世纪50年代金属陶瓷的出现为开端，人类开始使用新的物理、化学技术，根据需要制备出性能独特的材料。玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料以及抗菌材料都是这一阶段的杰出代表，它们都是为了适应高科技的发展和提高人类文明进步而产生的。 5）材料的智能化阶段：自然界的材料都具有自适应、自诊断、自修复的功能。如所有的动物和植物都能在没有受到毁灭性打击的情况下进行自诊断和修复。受大自然的启发，近三四十年的研发，一些人工材料已经具备了其中的部分功能，即我们所说的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等。但是从严格意义上将，目前研制成功的智能材料离理想的智能材料还有一定的距离。 材料科学的发展主要集中在以下几个方面：超纯化（从天然材料到复合材料）、量子化

智能材料

智能材料及其在医学领域的应用 目录 1、智能材料的概述 1.1智能材料的定义和基本特征........................................................ 1.2智能材料的构成............................................................................ 1.3智能材料的分类............................................................................ 1.4智能材料的制备............................................................................ 2、智能材料的应用领域 2.1智能材料的研究方向................................................................... 2.2智能材料在医学上的应用............................................................ 2.3智能材料在医疗方法中的应用....................................................

2.4智能材料在医学器械方面的应用................................................. 3、结束语.................................................................... 4、参考文献................................................................ 摘要本文综合评述了智能材料的研究、应用和进展。对智能材料与结构的概念进行了描述，全面总结了智能材料智能材料生物医药方面的应用, 探讨了智能材料光明的应用前景和发展趋势。 关键词智能材料；医学应用；发展 1智能材料的概述 1.1定义：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。 基本特征：因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）

浅谈智能材料

浅谈智能材料 智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），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。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 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。 为增加感性认识，现举一个简单的应用了智能材料的例子：某些太阳镜的镜片当中含有智能材料，这种智能材料能感知周围的光，并能够对光的强弱进行判断，当光强时，它就变暗，当光弱时，它就会变的透明。 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。

[方案]仿生智能材料

[方案]仿生智能材料 第一章绪论 1、基本概念 仿生学概念:人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。 人类很早就认识到生物具有许多超出人类自身的功能和特性。对生物的结构、形态、功能和行为等进行研究，我们就会从自然中获得解决问题的智慧和灵感。 生物材料:通常有两个定义，一是有生命过程形成的材料，如结构蛋白(蚕丝等)和生物矿物(骨、牙、贝壳等)，另一个是指生物医用材料(Biomedical materials), 其定义随医用材料的发展不断发展，指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。 仿生材料(Bio-inspired):受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材 料。 材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿 生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。 智能材料: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类似生物智能特征的材料。 2、智能材料的特征 具体地说，智能材料具备下列智能特性: (1)具有感知功能，可探测并识别外 界(或内部)的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等; 2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应; (3)具有对环境变化作出响应及执行的功能; (4)反应灵敏、恰当;

(5)外部刺激条件消除后能迅速回复智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。 3、智能材料的构成 智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。它不是传统的单一均质材料，而是一种复杂的智能材料系统。 基体材料首选高分子材料，因为质量轻，耐腐蚀;其次也可选金属材料，以轻质有色合金为主。 敏感材料担负传感的任务，其主要作用是感知环境的变化(温度、湿度、压力、pH值等)。 常用的敏感材料有形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。在一定条件下，驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负响应和控制的任务。常用的驱动材料有形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料等 可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用 4、智能材料的应用 (1)用于航空、航天飞行器:例:采用光纤传感器阵列和聚偏氟乙烯传感器的智能结构可对机翼、机架以及可重复使用航天运载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测;空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构，可实时探测由于交会对接碰撞、陨石撞击或其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实施自诊断。 (2)用于建筑、工程结构:例:可以利用形状记忆合金材料对应变敏感、电阻率大及加热后可以产生大回复力的特点，将记忆材料埋植在各种结构中，再配上微处理器，使之集传感驱动于一体，便构成自动探测裂纹或损伤和主动控制裂纹扩展的完整控制系统。

仿生智能材料

第一章绪论 1、基本概念 仿生学概念：人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。人类很早就认识到生物具有许多超出人类自身的功能和特性。对生物的结构、形态、功能和行为等进行研究，我们就会从自然中获得解决问题的智慧和灵感。生物材料：通常有两个定义，一是有生命过程形成的材料，如结构蛋白（蚕丝等）和生物矿物（骨、牙、贝壳等），另一个是指生物医用材料(Biomedical materials),其定义随医用材料的发展不断发展，指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。仿生材料（Bio-inspired）：受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材料。 材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。智能材料：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类似生物智能特征的材料。 2、智能材料的特征 具体地说，智能材料具备下列智能特性： (1)具有感知功能，可探测并识别外界（或内部）的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等； 2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应； (3)具有对环境变化作出响应及执行的功能； (4)反应灵敏、恰当； (5)外部刺激条件消除后能迅速回复 智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。 3、智能材料的构成 智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。它不是传统的单一均质材料，而是一种复杂的智能材料系统。 基体材料首选高分子材料，因为质量轻，耐腐蚀；其次也可选金属材料，以轻质有色合金为主。 敏感材料担负传感的任务，其主要作用是感知环境的变化（温度、湿度、压力、pH值等）。 常用的敏感材料有形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。 在一定条件下，驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负响应和控制的任务。常用的驱动材料有形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料等可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用 4、智能材料的应用 （1）用于航空、航天飞行器：例：采用光纤传感器阵列和聚偏氟乙烯传感器的智能结构可对机翼、机架以及可重复使用航天运载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测；空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构，可实时探测由于交会对接碰撞、陨石撞击或其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实施自诊断。（2）用于建筑、工程结构：例：可以利用形状记忆合金材料对应变敏感、电阻率大及加热后可以产生大回复力的特点，将记忆材料埋植在各种结构中，再配上微处理器，使之集传感驱动于一体，便构成自动探测裂纹或损伤和主动控制裂纹

智能材料设计技术及应用研究进展_刘俊聪

智能材料设计技术及应用研究进展Design Technology and Application Advance of Intelligent Material 中国兵器工业集团第五三研究所 刘俊聪 王丹勇 李树虎 秦贞明 贾华敏 [摘要] 综述了智能材料的智能传感技术、智能驱动技术、智能控制技术3种关键设计技术，形状记忆材料、压电材料、智能高分子3种基础智能材料以及在船舶、电子、航空航天、土木工程等领域的应用进展，并对其未来技术发展进行了展望。 关键词:智能材料设计技术应用进展材料 [ABSTRACT] Three design technologies, for ex-ample, intelligent censoring technology, intelligent driving technology and intelligent controlling technology and three basic intelligent materials, for example, shape memory al-loy (SMA), piezoelectric material and intelligent polymers are summarized. And then its applications in boating, elec-trics, aerospace, civil engineering are introduced. Finally, the future development of intelligent materials’ design technology is prospected. Keywords: Intelligent material Design technol-ogy Application Advance Materials 20世纪80年代中期，人们提出了智能材料的概念，智能材料要求材料体系集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料[1]。目前的文献中智能材料也被称为机敏材料、机敏结构、自适应结构、智能材料、智能结构，这些概念至今在国内外的文献中没有统一的定论，关于“机敏”和“智能”，不少文献也进行了说明[2-3]。 智能材料是一种能够判断、处理从自身表层或内部获取的关于环境条件及变化的信息并做出反应、以改变自身结构与功能，使其很好地与外界协调的、具有自适应性的材料系统[4]。 智能材料的基础是功能材料，功能材料通常可分为两大类，一类被称为驱动材料，它可以根据温度、电场或磁场的变化来改变自身的形状、尺寸、位置、刚性、阻尼、内耗或结构等，因而对环境具有自适应性功能，可用来制成各种执行器；另一类被称为感知材料，它对来自外界或内部的刺激强度及变化（如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等）具有感知，可用来做成各种传感器， 同时具有敏感材料与驱动材料特征的材料，被称为机敏材料。 智能材料在通常情况下不是单一材料，而是由多种材料系统组元通过有机的、紧密或严格的科学组装的一体化系统，是敏感材料、驱动材料和控制材料（系统）的有机结合。智能材料在促进航空航天领域的快速发展方面发挥着愈来愈重要的作用。 1 智能材料设计关键技术 1.1 智能传感技术 智能传感技术是实现智能结构实时、在线和动态检测的基础，其中用于感受周围环境变化以实现传感的一类功能元件叫传感元件，它相当于人的神经系统，通过埋入或粘结于主题材料内部或表面的传感元件能够有效地将所感受的物理量（如力、声、光、电、磁、热等）的变化转换成另一种物理量（如电、光的变化），它是结构实现智能化的基础元件之一。智能结构中的传感元件应满足如下要求：（1）厚度薄，尺寸小，不影响结构外形；（2）与主体材料相容性好，埋入后对原结构强度影响小；（3）性能稳定可靠，传感信号覆盖面宽，电磁兼容性好，抗干扰能力强[5]。 传感元件犹如一种感应器，可以感知外界信息的变化，进而将信息记录并传给材料，同时发出感应。故而，智能传感技术是智能材料发展的一项重要技术。 1.2 智能驱动技术 驱动技术包括驱动元件、激励和控制方式等，是智能结构实现形状或力学性能自适应变化的核心问题，也是困扰结构自适应的一个“瓶颈”。其中，驱动元件是使结构自身适应其环境的一类功能元件，它像人的肌肉，可改变结构的形状、刚度、位置、固有频率、阻尼、摩擦阻力、流体流动速率、温度、电场及磁场等。驱动元件是自适应结构区别于普通结构的根本特征，也是自适应结构从初级形态走向高级形态的关键。对驱动元件的要求如下：（1）与主体材料相容性好，具有较高的结合强度；（2）本身具有较好的机械性能，如弹性模量大、静强度和疲劳强度高、抗冲击等；（3）频率响应宽，响应速度快，激励后的变形量和驱动力大，且易于控制[5]。

--仿生智能材料作业 期末作业

1.智能材料有哪些特征？ 因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。 （2）反馈功能（Feedback）可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。 （3）信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。（4）响应功能能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。 （5）自诊断能力（Self-diagnosis）能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。 （6）自修复能力（Self-recovery）能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。 （7）自调节能力（Self-adjusting）对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。 2.水蝇为什么能在水上行走？ 水蝇腿部上有数千根按同一方向排列的多层的刚毛。直径大约在80-100微米之间，而这些像针一样的刚毛直径不足3微米，水蝇是利用腿部特殊结构，将空气吸附在这些同一方向的刚毛缝隙内，在刚毛表面形成一层稳定的气膜，阻碍了水滴的浸润，正是这种超强的负载能力使得水蝇在水面上行动自如，即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。 此外，水蝇足的附节上，生长着一排排不沾水的毛，所以，与足接触的那部分水面会下凹，但它的足尖不会冲破表面张力。水蝇长有三对足，三对足的分工也很明确，前足用来捕食，中足用来划分和跳跃，后足用来在水面滑行，这样它就可以在水面上自由自在的行动了。 3.蝴蝶翅膀的斑斓色彩是如何产生的？ 蝴蝶的色彩是由鳞片上的色素色和结构色两者混合而成的。色素色又叫化学色，其颜色是由附着在鳞片表面的色素颗粒决定的。当色素颗粒的化学性质在改变时，色素就会因氧化或还原等化学作用变淡，甚至完全消失。结构色也叫物理色，物理色是由于光照射在蝶体鳞片的不同结构上时，发生反射、折射所形成的。这种物理色不会受化学因素的影响而改变色泽，所以，它是一种永久性的颜色。在不同的光照角度或不同的光源下，鳞片便会产生不同的光芒和色彩。当色素色和结构色混合在一起时，就更使蝴蝶翅膀上的颜色和斑纹美丽耀目了。

智能材料研究进展(毕业论文doc)

智能材料研究进展 摘要 智能材料是一门多门类、多学科交叉的科学，与物理学、材料力学、电子学、化学、仿生学、生命科学、控制理论、人工智能、信息技术、生物技术、计算机技术、材料合成与加工等诸多的前沿科学及高新技术戚戚相关、紧紧相连。因此，它一旦有所突破，便会导致众多学科的理论创新和许多领域的技术变革，大大地推动国家科学技术的进步和综合实力的提高。智能材料具有十分重要的现实用途和极为广阔的应用前景。从高精尖的宇宙探索，到普通人的日常生活，智能材料都起着重要的作用。 未来社会发展的趋势是智能化。智能化的首要问题是大力发展智能材料，智能材料的研究是材料科学研究的重要方向。智能材料的本质特征是材料具有仿生功能，即材料能根据感受到的信息而自动判断、控制和调整以适应外界条件变化。 本文介绍了智能材料的概念、定义及智能材料的特征,阐述和评价了智能材料——形状记忆合金、电流变体材料、光致变色材料、电致变色材料、形状记忆复合材料和智能型药物释放体系等的种类、组成、特点、用途、研究现状与市场前景。重点论述了压电陶瓷材料的制造工艺、特点、性质、研究现状及市场前景等。论述了发展智能材料的战略意义，展望了它的发展前景。 关键词：智能材料，研究，应用，发展

DEVELOPMENT PROGRESS OF SMART MATERIALS ABSTRACT Smart materials is more than one categories, interdisciplinary science, and physics, mechanics, electronics, chemistry, bionics, life sciences, control theory, artificial intelligence, information technology, biotechnology, computer technology, materials synthesis and processing and many other leading edge science and very much related to high-tech, tightly linked. Therefore, once it has been a breakthrough, it will lead to many disciplines in many areas of theoretical innovation and technological change; greatly promote national scientific and technological progress and the improvement of overall strength. Smart materials is of great practical use and very broad application prospects. Explore the universe from the sophisticated to the daily lives of ordinary people, smart materials play an important role. The trends of coming society are intellectualization. The essential issue of intellectualization is to develop intelligent materials vigorously. The study of intelligent materials is a crucial direction of material science.The main characteristic of intelligent materials is bionics functions. That is, it can judge, control and adjust it automatically to adapt the change of the external environment according to accepting information. In this paper, the concept of smart materials, definitions, describes the characteristics of smart materials, intelligent materials described and evaluated - shape memory alloys, electrorheological materials, photochromic materials, electrochromic materials, shape memory composites and smart based drug delivery system, and the type, composition, characteristics, uses, current situation and market prospects. Focuses on the manufacturing process of piezoelectric ceramic materials, characteristics, nature, current situation and

智能材料综述

智能材料综述 机械工程学院09级机电班曹瑞珉 前言 当初对智能材材料感兴趣是因为这是一个逐渐兴起的和很快会成为主流的材料学分枝,感觉很神奇，和现实差距很大，心中有很多疑问，又觉得这种材料有很大的发展前途，便结合自己听课的内容及网上资料的查阅写下对智能材料的认识。我写这篇综述，一是为了扩展知识面，想要多了解一下有关的知识，二是为了锻炼自己写综述的能力，为以后的工作奠定基础。 1 概述 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。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 纵观材料发展，经历了单一型、复合型和杂化型，进而发展为异种材料间不分界的整体式融合型材料，最近几年兴起的智能材料是受集成电路技术的启迪而构思的三维组件式融合 性材料[图1]。它是通过在原子、分子及其团簇等微观、亚微观水平上进行材料结构设计和控制，赋予材料自感知（传感功能）判断、自结构（处理功能）和自指令（相应功能）等智能性。 由此可知，智能材料不同于以往的传统材料，它模仿生命系统，具有传感、处理和响应功能，而且较机敏材料（只能进行简单线性响应）更近于生命系统，它能根据环境条件的变化程度实现非线性响应已达到最佳适应效果。智能化概念实际上是把信息科学里德软件功能引入到材料、系统和新材料的产生，本文将就有关科学问题进行研讨，以期对这门必将在21世纪大放异彩的智能材料科学的发展有所裨益【1】。 2 定义 智能材料问世于80 年代末, 关于其定义至今尚无统一的定论。不过, 对以下提法, 学者们似乎不持异议。智能材料是一种能从自身的表层或内部获取关于环境条件及其变化的信息,随后进行判断、处理和作出反应,以改变自身的结构与功能,并使之很好地与外界相协调的具有

智能材料的应用和发展

智能材料的应用和发展 作者李万飞 指导教师郝洪荣 【内容摘要】智能材料是一种感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。本文（主要）介绍了智能材料的仿生构想，并重点介绍了智能金属材料、智能无机非金属材料、智能高分子材料、智能纤维、仿生工程材料的构成原理、应用领域和研究现状，并阐述了智能材料的战略意义，展望了它的发展前景,最后探讨了智能材料与材料科学的关系及其发展趋势。 【关键词】智能材料、仿生、智能纤维。 The Application And Development Of Intelligent Materials Content Abstract：The intelligent material is one kind of new Functional Materials that can sensation the exterior stimulation, judge and proper treate, also iself can be executed. This paper (main) introduced the intelligent material biological modelling conception, and key introduced the Constitution principle, application domain and present research situation of Intelligence metallic material , intelligent inorganic nonmetallic material, intelligent high polymer material, intelligent textile fiber, and the bionic engineering materials. Elaborated the strategic significance of smart materials and look forward to its future development. At last, dscussed the relationship between smart material and materials science and its development trend. Key Words: The Itelligent Mterial,、The bionic,、Intelligent Fiber .

仿生智能材料研究

浅识仿生智能材料 背景：材料的智能化是人类对材料的期望和要求，同时也是材料，特别是功能材料的必然发展趋势。 构思：多年来，受大自然中动、植物的启迪，人们一直怀着这样的梦想：为飞机、桥梁和一些关键结构设计出一种在发生灾难性事故之前就能够预感失事并发出警报的材料；能够自动加固、自动修补裂纹的材料；建造一种不用螺旋浆的隐形潜艇，它可以像鲸鱼一样游动而不会产生振动，以避开敌舰上声纳的搜索；在人体内植入一个能够按照医生预先设计的治疗方案对身体特定部位输送药物的生物导弹；发明一种特殊的墙纸，它能够“感觉”到室内的噪声并自动地使之消失；等等。对具有类似于生物智慧的上述种种新材料的构思和设想就是材料科学王国中的新成员———智能材料的雏型。 智能材料的特征 设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，因此智能材料系 统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。 （2）反馈功能（Feedback）可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。 （3）信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。 （4）响应功能能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。 （5）自诊断能力（Self -diag－nosis）能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。 （6）自修复能力（Self-recov－ery）能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。 （7）自调节能力（Self-adjust－ing）对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。 如果内容太多，可以把5,6,7直接写成同时还具有自我诊断能力、自我修复能力、自我调节能力。 一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。 智能材料的仿生特点 具有仿生功能的智能材料和由它所构成的系统应具备以下四个要素： （1）含有附着的、埋入的或内在的传感器，它是智能材料的“神经元”，用以感知外界变化并收集外界信息。 （2）含有中央处理器，它是智能材料和结构的“大脑”，用它对传感器所收集到的外界信息进行分析、处理并发出适当的、适时的 动作指令。 （3）有附着的、埋入的或内在的执行器，它是智能材料的“肌肉”，其作用是根据中央处理器发出的反应指令进行相应的动作，因而也称之为动作器。 （4）拥有通信网络，它是智能材料和结构的“神经网络”，担负着传感器、执行器与中央处理器相互间的信息传输任务。 此外，智能材料和结构还应具有与人的骨架功能相类似的先进复合材料，用以支承、连接这

仿生智能材料论文

仿生智能材料论文

仿生智能材料 现在仿生智能材料的发展和研究是一个非常好的前景，人们所用的许多东西，所研究需要的性能都离不开动物机能的启发。然而在这次选修课上我也学到了许多平时学不到的知识，如今我的专业课就是材料科学与工程，更让我解到了仿生智能材料对各种物件和科研的重要性了。上课时间老师也让我们观看了许多视频资料，让我们也了解到，学到了许多东西。 比如，蜘蛛丝的仿生材料研究，也是人们最早开始研究并取得成功的仿生材料之一，就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。蜘蛛吐出的丝，人类很早以前就对其在研究，然而在最近几十年才知道，这些丝全部是由蛋白质构成的，具有温暖的触感和美丽的光泽。二十世纪以来，人们模仿蜘蛛吐丝和蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法。以后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等服用性能研制了许多新型纤维材料。这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功。另外人们对蜘蛛丝进行的研究，一直以来研究者们都很期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样的人造丝。 因此，生体高分子纤维因其固有的生体功能而被广泛应用于纺织、医学、生物等多个领域中，自二十世纪九十年代以来，又出现了许多仿生和超生高分子纤维材料，并将开发的热点转向高强轻质的新型纤维。蜘蛛因而具有许多天然纤维甚至高性能合成纤维无法比拟的优异力学性能，而成了国内外许多研究机构和学者关注的焦点。近年来，许多国外的学者在研究蜘蛛丝结构和性能的同时，借助于日益发展的生物技术，采用基因移植的方法研制了人工合成蜘蛛丝蛋白，并采用化学纤维纺丝的方法将其制成类蜘蛛丝，但由于性能上的缺陷、加工过程复杂、成本高等一些因素，仿蜘蛛丝尚未实现工业化生产。从材料科学的角度来看，纤维的性能取决于其大分子链结构和聚集态结构，探明纤维性能形成机理的根本在于：掌握其结构和性能间的本构关系。因此，要使蜘蛛丝的力学性能在人造生体高分子纤维上得到表达，研究其性能的结构机理和形成这种结构的方法原理是至关要的。 在非洲草原上老虎捕时，身体瞬间迸发发出的能量，和瞬间身体机能的改变。老虎不能长时间的奔跑，但是奔跑时的速度很快，加上从不正面出击，哪怕是对其危险性极小的狍子、梅花鹿、山羊等猎物，也都是从后面袭击。再者是近距离伏击。老虎攻击确定猎物时，往往是充分利用周围的植物，匍匐下身体，悄悄地靠近猎物；或者埋伏在猎物附近静悄悄地等待猎物靠近；无论是匍匐前进还是就近潜伏，老虎都选择正对猎物屁股那个方向悄然接近。其次是短线作战，老虎有点像股票市场的短线炒手，通常是在离猎物距离很短的时候才发动突然袭击，有点类似希特勒的闪电战，在猎物还在低头吃草的时候，在猎物措不及防的时候，在最短的距离里，以最强的瞬间爆发力，以最快的速度偷袭对手的屁股。等对手反应过来的时候，老虎的血盆大口已经紧紧咬住了其咽喉的位置，老虎的锋利爪子已经像钢钉一样扎进了其脊背两侧的肌肉里。老虎的速度、爆发力、耐力、绝对力量和爪牙都是最厉害的，即使是采取长距离奔袭和正面进攻，估计在地球上除了拥有猎枪的人类，老虎想捕杀任何猎物都不是件难事；然后老虎采取的却是近距离短线屁股后面的的偷袭策略。 在天空中飞翔的鸽子，经过研究科学家们用磁学理论来解释鸽子的定向能力。地球磁场在广大区城上随不同地点和方向而不同。从而可为鸽子提供位置信

智能材料的应用和发展

智能材料的应用和发展 作 李万飞 者 郝洪荣 指导教 师 【内容摘要】智能材料是一种感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。本文（主要）介绍了智能材料的仿生构想，并重点介绍了智能金属材料、智能无机非金属材料、智能高分子材料、智能纤维、仿生工程材料的构成原理、应用领域和研究现状，并阐述了智能材料的战略意义，展望了它的发展前景,最后探讨了智能材料及材料科学的关系及其发展趋势。 【关键词】智能材料、仿生、智能纤维。 The Application And Development Of Intelligent Materials Content Abstract：The intelligent material is one kind ofnew Functional Materials that can sensation the exterior stimulation,judge and proper treate, alsoiself can be executed. This paper (main) introduced the intelligent material biological modelling conception, and keyintroduced the Constitution principle, application domain and present research situation of

Intelligence metallic material , intelligent inorganic nonmetallic material, intelligent high polymer material, intelligent textile fiber, and the bionic engineering materials. Elaborated the strategic significance of smart materials and look forward to its future development. At last,dscussed the relationship between smart material and materials science and its development trend. Key Words:The Itelligent Mterial,、The bionic,、Intelligent Fiber . 一、智能材料 在这个新材料层出不穷的时代，智能材料也是独领风骚的一朵奇葩，是二十世纪九十年代迅速发展起来的一类新型复合材料。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。它的构想来源于仿生(仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等)，它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具

智能材料自我总结

第一章机敏材料与智能结构 一、智能材料的概念 智能材料结构又称机敏结构（Smart/Intelligent Materials and Structure)泛指将传感器和驱动器以及有关的信号处理和控制电路集成在材料结构中，通过机、热、光、化、电、磁等激励k控制，不仅具有承受载荷的能力，而且具有识别、分析、处理及控制等多种功能。能进行自诊断、自适应、自学习、自修理的材料结构 智能材料指的是那些对使用环境敏感而且能对环境变化作出灵活反应的材料.更确切地说，智能材料是一类集传感、控制、驱动(执行)等功能于一体的机敏或智能材料一结构系统，它能适时地感知与响应外界环境的变化，实现自检测、自诊断、自修复、自适应等多种功能。 二、智能材料的分类 1、将传感器集成在材料中构成被动机敏结构。能够监测自身的状态（损伤，变形，振动） 2、在被动机敏结构中集成驱动器就形成主动机敏结构（不仅能够感知，还能够修正自身满足多种要求） 3、主动机敏结构中引入以神经网络为基础的自学习系统，构成智能材料系统（具有广泛的适应性，学习经验等） 三、基础智能材料的研究 .1 形状记忆基础智能材料 .2 压电基础智能材料 .3 电/磁流变液基础智能材料

.4 磁致伸缩基础智能材料 .5 智能凝胶材料 .6 聚合物基“人工肌肉 .7 自组装基础智能材料 .8 光纤基础智能材料 四、国外研究特点： 1.十分重视对基本规律、特性、机理以及模拟计算方法等的研究，并且认为这是推进智能结构发展的关键。 2..基础研究与工程实际应用问题相结合，而且两者平行地进行 3.综合结构力学、控制、材料、计算机及试验技术等不同学科交叉进行研究。 五、应用前景 o 军事 智能蒙皮 减振降噪 自主飞行 监控 o 工程应用 结构健康监测和寿命预测 自诊断智能结构实时测量 汽车、船舶、土木工程和医学领域 o航空航天领域的应用、航空航天领域的应用

智能材料简介

智能材料简介 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。它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。 智能材料的构想来源于仿生(仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等)，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。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 智能材料的类别 （一）按材料基质的不同分类 (1)金属系智能材料主要种类：形状记忆合金、磁致伸缩材料等 (2)无机非金属系智能材料主要种类：电(磁)流变流体、压电陶瓷、光致变色和电致变色材料等光纤智能材料。 (3)高分子系智能材料主要种类刺激响应性高分子凝胶，智能高分子膜材，智能药物释放体系，智能纤维与织物等 (4)复合和杂化型智能材料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。 （二）按材料的智能特性不同分类1、形状记忆合金；2、电流变体和磁流变体；3、磁致伸缩材料；4、压电陶瓷；5、电致伸缩陶瓷； 6、光纤智能材料； 7、光致变色玻璃； 8、电致变色材料； 下面从定义，分类，代表性材料，优缺点及应用简要介绍几种智能材料： 1.形状记忆材料 定义： 具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的材料称为形状记忆材料。例如，在高温时将处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态下经塑性变形成另