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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料是科学技术(共4篇)材料科学技术进展作业智能材料的应用发展及未来展望学院：材料科学与艺术设计专业：林产化学加工工程姓名：靳久哲学号：XX智能材料的应用发展及未来展望智能材料，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。具有顺应环境条件变化的一些特性，如信息选择性，结构和功能候补性，行为开关性，以及自诊断、自修复、自增强等。但是有关智能材料的研究刚刚开始，定义尚不统一，但其内涵一般应包括：具有感知功能，能检测并可识别外界的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、
2、磁、化学或核辐射等；具有驱动特性及响应环境变化功能；能以设定的方式选择和控制响应；反应灵敏、恰当；外部刺激条件消除后，能迅速回复到原始状态。因此,智能材料应具备感知、处理和驱动三个基本要素。智能材料的设计思想来自于下列因素：(1)材料的开发历史,结构材料功能材料智能材料；(2)人工智能计算机对材料性能的新要求；(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造；(4)软件功能引入材料；(5)对材料的期望；(6)能量的传递；(7)材料具有时间轴的观点,即仿照生物体的功能1。智能材料是材料科学不断向前发展的必然结果，是信息技术溶入材料科学的自然产物，它的问世，标志和宣告第5代新材料的诞生,也预示着在21世纪
3、将轰生一次划时代的材料革命。近年来，智能材料的研究在世界范围内已成为材料科学与工程领域的热点之一，甚至有人把21世纪称之为智能材料世纪2。一、发展现状智能材料结构概念一经提出,立即引起美国、日本及欧洲等发达国家重视,并投入巨资成立专门机构开展这方面的研究。现在，美国一些大学和公司,如波音飞机公司、麦道飞机公司等都投巨资从不同侧面就智能结构开展研究3-5，并取得了一些关键性成果。日本对智能材料结构的研究提出了将智能结构中的传感器、驱动器、处理器与结构的宏观结合变为在原子、分子层次上的微观“组装”,从而得到更为均匀的物质材料的技术路线，其研究侧重于空间结构的形状控制和主动抗振控制6。此外，在形状记
4、忆合金和高分子聚合物压电材料的研究方面，日本也处于国际领先地位。英国的研究涉及智能复合材料损伤监测、结构健康监控、分布式传感器和新型驱动器及其位置优化策略、土木工程结构的安全监测等。我国对智能结构的研究也十分重视。南京航空航天大学率先成立了智能材料与结构研究所,迄今已在强度自诊断自适应结构、结构损伤检测评估、光纤传感技术在结构智能化中的应用，以及利用压电元件对结构进行减振降噪等方面取得了阶段性的研究成果,并在结构自修复方面也进行了一定的研究7,8，重庆大学从事具有分布式光纤传感系统的自适应结构研究,并使部分研究成果走出实验室,应用在桥梁、建筑等工程；西安交通大学在压电层合板、含形状记忆合金智能
5、结构等方面做了深入的理论研究工作。此外，上海交通大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、西北工业大学等院校也都从不同角度进行了研究。二、应用情况1、压电智能材料压电效应是指在材料上施加机械力应力时,材料的某些表面会产生电荷,这种现象被称为正压电效应。压电智能材料包括压电陶瓷、压电聚合物和压电复合材料等。压电陶瓷的优点是可通过调节组分改变材料的性能,而且其耐热,耐湿和化学稳定性好等。目前应用最广泛的压电陶瓷有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸铅镧(PLZT)。压电聚合物智能材料,如聚氟乙烯(PVDFP或VDF2，突出的优点是具有低的声阻抗和介电常数，柔软性好，耐击穿。目前,
6、压电材料已成功应用于各种光跟踪系统、自适应光学系统、机器人位移定位器、磁头、喷墨打印机和扬声器等高科技领域。国内对压电材料的研究基本上还处于初步研究阶段9。2、形状记忆智能材料在高温下处理成一定形状的金属急冷下来，在低温状态下经塑性变形为另一种形状,当再加热至高温稳定状态时，材料通过马氏体相变恢复到低温塑性变形前的形状,这就是形状记忆效应。著名的形状记忆合金有镍钛合金、InTl、CuAl、NiAl、AgZn和AgCd等。形状记忆合金在自动探测和主动控制等方面,也取得了很大的进展,其中包括：(1)振动和噪声的主动控制及隔振。(2)裂纹的主动探测和控制。3、光纤智能材料人们最初关心的是光纤维材料的
7、埋入,是否会引起材料层间断裂韧性的下降或基体材料的损伤。后来的实验表明,对环氧复合材料埋入光纤,并没有降低拉伸强度和压缩强度,也没有引起层间断裂韧性的降低。目前,人们使用光纤已制作成各种埋入式复合材料传感器。此外,人们还应用光纤使飞行器隐形。4、聚合物基“人工肌肉”“人工肌肉”由共轭聚合物聚吡咯、聚苯胺等制成，或由离子交换聚合物-金属复合材料制成。这些材料在外加电场作用下能发生体积变化，可制成电致伸缩(弯曲)薄膜，以模仿动物肌肉的收缩运动。可作为驱动材料用于制造尺寸细小的器件，用于操作细胞、生物器官等；或制成人工假体，用于肢体残障者恢复某些功能;或制成质量轻、能耗低的人工手臂，代替重量大、能耗
8、高的马达-齿轮机械手臂。5、自组装基础智能材料自组装技术在合成智能材料方面具有极为光明的应用前景。例如，应用自组装技术，可以制备对气体、液体、分子、离子甚至电子的透过性可控的薄膜，从而开发新型传感器、电极材料、绝缘体、阻化剂等；利用分子识别机制，在控制温度、压力、外加电场、磁场和溶液的pH值的情况下，使自组装体系中结构单元自发地排列形成超晶格结构，从而开发新型光子、电子、磁学及非线性光线器件；将半导体或金属纳米粒子、功能高分子等复合到自组装体系中，制备异质复合结构,从而开发量子器件等10。6、电流变体智能材料电流变体是由微米尺寸颗粒悬浮于绝缘体中形成的悬浮液。在外电场作用下,电流变体可以在液态
9、和固态之间作快速、可逆、可控的变化。即在外电场作用下,电流变体在极短的时间内其表观粘度增加几个数量级，从流动的液体变成凝胶状的固体；电场撤去后，又可以瞬间恢复流动状态。电流变体的主要特点是响应速度快，缺点在于转变电压太高，性能易受外界影响。目前,电流变体在基础理论、材料研究及工程应用方面已取得一定的发展。美国波音公司应用电流变阀门进行飞机自动喷漆，得到大面积彩色图案。电流变体还可用于无级可调、容易控制、响应速度高的离合器。近来美国能源部对电流变体进行了评估,肯定了这种材料在自动设备、通用机械、液压和交通等领域的重要应用10。7、功能凝胶功能凝胶,又称愈合材料。这是一类具有特异功能与极强粘合力的
10、高分子材料。或者说,它是一类其状态可随环境条件(如温度、压力等)而变化,并能及时向结构供给能量与物质的强力粘合材料。目前,可供采用的功能凝胶有:聚酸乙烯乳液、氯丁-酚醛、聚乙烯醇缩醛等。功能凝胶具有广阔的应用领域和前景,主要用于各类重要结构的新建、改建、维修与加固,尤其是用于国家重大基础工程结构中11。三、展望趋势智能材料结构是一个新兴的前沿学科，所涉及的知识面广，研究难度大，但其发展潜力巨大，应用前景广阔。今后，智能材料也一定能成为材料的主流，应用在任何方面，如在航空航天飞行器方面，形状记忆合金和电流变体及光导纤维材料用于智能材料系统，土木建筑及混凝土方面，机器人，金属材料自愈合，控制振动、
11、噪声，体育和医药方面，服装方面，透明材料等等12。随着科技的发展，智能材料结构实际上所能做到的将会更多。预计在若干年后将出现一批应用智能结构相关技术的国防装备与民用设施，把人类社会文明推向一个新的高度。参考文献1姚康德,许美萱.智能材料.21世纪的新材料M.天津:天津大学出版社,1996.2奚利飞,郑俊萍,张红磊,杨学稳,姚康德.智能材料的研究现状及展望J.材料导报,XX,9(17):235-237.3VictorGiurgiutiu.Recentadvancesinsmart-materialrotorcontrolactuation.In:Proceedingsofthe41stIAA/A
12、SME/ASCE/AHS/ASCStructures,StructuralDynamics,andMaterialsConference,andAdaptiveStructuresForum,At-lanta,36April,XX.4QingXinlin,AmritaKumar,etal.Ahybridpiezoelectric/fiberopticdiagnosticsystemforstructuralhealthmonito-ring.SmartMaterStruct,XX,14(3):S98.5IlhanTuzcu,LeonardMeirovitch.Controlofflyingfl
13、exibleaircraftusingcontrolsurfacesanddispersedpiezoelectricac-tuators.SmartMaterStruct,XX,15(4):893.6NaoyukiTajima,TateoSakurai,etal.OverviewoftheJap-anesesmartmaterialsdemonstratorprogramandstructuressystemproject.AdvCompMater,XX,13(1):3.7杨红.空心光纤用于智能结构自诊断、自修复的研究:博士学位论文.南京:南京航空航天大学,XX.8梁大开.基于空心光纤的智能
14、结构自诊断、自修复系统.航空维修与工程,XX,(3):22.9王守德,刘福田,程新.智能材料及其应用进展J.济南大学学报(自然科学版),XX,16(1):97-100.10余海湖,赵愚,姜德生.智能材料与结构的研究及应用J.武汉理工大学学报,XX,23(11):37-41.11杨亲民.智能材料的研究与开发J.功能材料,1999,30(6):575-581.12张金升,龚红宇,刘英才,谭训彦,李嘉,尹衍升.智能材料的应用综述J.山东大学学报(工学版),XX,32(3):294-300.材料加工技术讲义徐刚，韩高荣编制浙江大学材料科学与工程学系二0一二年六月绪论材料是人类文明的物质基础，是社会进步
15、和高新技术发展的先导。自上世纪70年代开始，人们把信息、能源和材料看作是现代社会的三大支柱。新材料和新材料技术的研究、开发和应用反映了一个国家的科学技术与工业化水平。以大规模集成电路为代表的微电子技术，以光纤通信为代表的现代通信技术，以及及现代科技与技术于一体的载人航天技术等，几乎所有的高新技术的发展与进步，都以新材料和新材料技术的发展为突破和前提。材料的制备与加工，和材料的成分与结构，材料的性能是决定材料使用性能的三大基本要素，构成材料科学与工程学四面体的底面，这充分反映了材料制备及加工技术的重要作用和地位。材料制备与加工技术的发展既对新材料的研究开发、应用和产业化具有决定性的作用，同时又可有效地改进和提高传统材料的使用性能，对传统材料产业的更新改造具有重要作用。因此，材料制备与加工技术的研究开发是目前材料科学与工程学最活跃的领域之一。材料种类很多，按材料的键合特点和组成分类，大致分为四大类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料；按材料的用途分类，既可分为结构材料和功能材料两大类，也可细分为建筑材料、信息材料、能源材料、生物材料、航空航天材料等等。相应地，为了适应不同种类材料的键合特点，和使用特点及功能要求，材料制备和加工技术也多种多样。本讲义是面向浙江大学材料
