[科普中国]-智能复合材料

智能复合材料是指为机敏复合材料高级形式，但机敏复合材料只能作出简单线性的响应。而复合材料能根据环境条件的变化程度能非线性地使材料适应以达到最佳的效果。可以说在机敏复合材料的自诊适应和自愈合的基础上增加了自决策的功能，体现所具有的高级形式。智能复合材料和系统也可简称之为智能材料和系统(intelligent materials and system)尚无统一的名称，同时它的概念也在不断的扩展。

简介智能复合材料为机敏复合材料的高级形式，但机敏复合材料只能作出简单线性的响应。而复合材料能根据环境条件的变化程度能非线性地使材料适应以达到最佳的效果。可以说在机敏复合材料的自诊适应和自愈合的基础上增加了自决策的功能，体现所具有的高级形式。智能复合材料和系统也可简称之为智能材料和系统(intelligent materials and system)尚无统一的名称，同时它的概念也在不断的扩展1。

智能复合材料的构成（1）基体材料

基体材料主要起承受载荷的作用，一般选用轻质材料，其中高分子材料因重量轻、耐腐蚀等优点而受到人们的重视。也可选用金属材料，尤其以轻质有色合金为主。

（2）传感器部分(敏感材料)

传感器部分由具有感知能力的敏感材料构成。它的主要作用是感知环境的变化 ,如温度、压力、应力、电磁场等，并将其转换为相应的信号。这种材料有形状记忆合金、压电材料、光纤、磁致伸缩材料、PH致伸缩材料、电致变色材料、电致粘流体、磁致粘流体、液晶材料、功能梯度材料和功能塑料合金。

（3）驱动器部分

构成驱动器部分的驱动材料如形状记忆合金、磁致伸缩材料、PH致伸缩材料、电致伸缩材料等。在一定的条件下可产生较大的应变和应力，从而起到响应和控制的作用。可以根据温度、电（磁）场等的变化而改变其形状、尺寸、位置、刚性、自然频率、阻尼以及其它一些力学特征，因而可具有对环境的自适应功能。

（4）信息处理器部分

信息处理器部分是智能复合材料的最核心部分。随着高度集成的硅晶技术的发展，信息处理器也变得越来越小，这就为将信息处理器复合进智能复合材料提供了良好的条件。

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2。

智能材料的特征
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。

分类复合材料智能结构分为被动控制式和主动控制式两类。

被动控制式智能结构低级而简单（亦称为机敏结构），只传输传感器感受到的信息，如应变、位移、温度、压力和加速度等，结构与电子设备相互独立。

主动控制式是一种智能化结构，具有先进而复杂的功能，能主动检测结构的静力、动力等特性，比较检测结果，进行筛选并确定适当的响应，控制不希望出现的动态特性3。

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学