韓 銘

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

智能材料的研究應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

韓 銘

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

介紹了智能材料的種類及國(guó)內(nèi)外關(guān)于智能材料的研究現(xiàn)狀，并對(duì)智能材料的研究方向和發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)進(jìn)行了論述。

智能材料；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

材料是人類生活和生產(chǎn)的基礎(chǔ),一般將其劃分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。對(duì)結(jié)構(gòu)材料主要要求的是其機(jī)械強(qiáng)度；而對(duì)功能材料則側(cè)重于其特有的功能。智能材料不同于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料和功能材料，它模糊了兩者之間的界限，并加上了信息科學(xué)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)功能化、功能智能化。由智能材料組成的智能結(jié)構(gòu)具備傳感、驅(qū)動(dòng)和控制三個(gè)基本要素，能通過(guò)自身的感知，做出判斷，發(fā)出指令，并執(zhí)行和完成動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自檢測(cè)、自診斷、自監(jiān)控、自校正自修復(fù)及自適應(yīng)等多種功能。當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高,材料智能化的概念已極大地影響著人們?cè)诓牧显O(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用過(guò)程中的思維方式，光導(dǎo)纖維傳感技術(shù)、微電子學(xué)技術(shù)、自組裝材料制備技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展又給智能材料與結(jié)構(gòu)的研究提供了新的研究手段、打開(kāi)了更大的想象空間。目前國(guó)際上有關(guān)智能材料與結(jié)構(gòu)的研究非常活躍，每年都要召開(kāi)與之相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議，新設(shè)想、新成果不斷出現(xiàn)。

1 智能材料的研究現(xiàn)狀

智能材料發(fā)展隨著科技、航天技術(shù)、智能化建筑等要求的提高，近年來(lái)正不斷快速進(jìn)步。自1985年起，美國(guó)政府提出了開(kāi)展智能材料的研究計(jì)劃,要求航天飛行器具有自適應(yīng)性能。1987年，此項(xiàng)目列入美國(guó)空軍科研項(xiàng)目。1990年，四大學(xué)會(huì)(ADDA、AIAA、ASME、SPIE)聯(lián)合舉辦了主動(dòng)材料和自適應(yīng)材料技術(shù)交流會(huì)。同年，美國(guó)舉行了美日聯(lián)合第一屆自適應(yīng)結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)交流會(huì)。近年來(lái)，國(guó)際上關(guān)于智能材料的研究和學(xué)術(shù)活動(dòng)十分活躍;我國(guó)對(duì)這一新興學(xué)科的研究也十分重視，國(guó)家自然科學(xué)基金、航空基金等從1993年起每年都將智能材料列入研究計(jì)劃項(xiàng)目，此后的資助強(qiáng)度不斷加大。國(guó)內(nèi)已有一批研究單位在該領(lǐng)域的研究達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

1.1 壓電智能材料

壓電效應(yīng)是指在材料上施加機(jī)械力應(yīng)力時(shí),材料的某些表面會(huì)產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn)象被稱為正壓電效應(yīng);與此相對(duì)應(yīng)，如對(duì)材料的某些表面施加電場(chǎng)，則材料會(huì)產(chǎn)生幾何變形，此現(xiàn)象被稱為逆壓電效應(yīng)。壓電智能材料包括壓電陶瓷、壓電聚合物和壓電復(fù)合材料等。

壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是可通過(guò)調(diào)節(jié)組分改變材料的性能，而且其耐熱，耐濕和化學(xué)穩(wěn)定性好等。目前應(yīng)用最廣泛的壓電陶瓷有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛(PZT)和鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)。其中，PZT具有較高的居里溫度、高介電常數(shù)、高機(jī)電耦合系數(shù)，其研究和應(yīng)用一直十分活躍。

壓電聚合物智能材料，如聚氟乙烯(PVDFP或VDF2)，突出的優(yōu)點(diǎn)是具有低的聲阻抗和介電常數(shù),柔軟性好，耐擊穿。美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)制成了壓電聚合物傳感器,用以識(shí)別盲文書(shū)信和不同級(jí)別的砂紙，具有接近100%的準(zhǔn)確性，在勘探和目標(biāo)識(shí)別中大有前途。目前，壓電材料已成功應(yīng)用于各種光跟蹤系統(tǒng)、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)器人位移定位器、磁頭、噴墨打印機(jī)和揚(yáng)聲器等高科技領(lǐng)域。

1.2 形狀記憶智能材料

在高溫下處理成一定形狀的金屬急冷下來(lái)，在低溫狀態(tài)下經(jīng)塑性變形為另一種形狀，當(dāng)再加熱至高溫穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，材料通過(guò)馬氏體相變恢復(fù)到低溫塑性變形前的形狀，這就是形狀記憶效應(yīng)。著名的形狀記憶合金有鎳鈦合金、InTl、CuAl、NiAl、AgZn和AgZd等。形狀記憶合金冷卻時(shí)呈橡皮狀，加熱時(shí)很像不銹鋼。它最初用于拉曼F14戰(zhàn)斗機(jī)中液壓管接頭密封，防止高壓液泄露。

現(xiàn)在，美國(guó)已制造出用形狀記憶合金作為致動(dòng)器的樹(shù)脂基復(fù)合材料夾心結(jié)構(gòu)的“柔性機(jī)翼”；該機(jī)翼可在各種飛行速度下始終自動(dòng)保持最佳翼型，大幅度提高飛行效率，可對(duì)出現(xiàn)的危險(xiǎn)振動(dòng)自行抑制。形狀記憶合金隨溫度變化而改變其彈性模量，可以作為力學(xué)執(zhí)行器和剛性執(zhí)行器，控制運(yùn)動(dòng)和形狀。日本人制成了一種形狀記憶合金，通過(guò)對(duì)合金加熱收縮來(lái)防止裂紋的擴(kuò)展,用于防止地震等造成的橋梁或大型建筑物的建筑、土木結(jié)構(gòu)的突發(fā)性破壞。美國(guó)人在建筑物的合成梁中埋植形狀記憶合金纖維，在熱電控制下，能像人的肌肉纖維一樣產(chǎn)生形狀和張力的變化,從而根據(jù)建筑物受到的振動(dòng)改變梁固有剛性和固有振動(dòng)頻率，減小振幅，使框架結(jié)構(gòu)的壽命大大延長(zhǎng)。形狀記憶合金在自動(dòng)探測(cè)和主動(dòng)控制等方面，也取得了很大的進(jìn)展。

1.3 光纖智能材料

早在1991年美國(guó)就提出智能構(gòu)件 “健康”監(jiān)控系統(tǒng)(SHMS)，其中的傳感材料就是光纖。人們最初關(guān)心的是光纖維材料的埋入,是否會(huì)引起材料層間斷裂韌性的下降或基體材料的損傷。后來(lái)的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)環(huán)氧復(fù)合材料埋入光纖，并沒(méi)有降低拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度,也沒(méi)有引起層間斷裂韌性的降低。

目前,人們使用光纖已制作成各種埋入式復(fù)合材料傳感器，其作用有:①監(jiān)測(cè)復(fù)合材料加工制造過(guò)程，隨時(shí)報(bào)告加工過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷；②監(jiān)測(cè)飛行器結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)，隨時(shí)報(bào)告疲勞和溫度等情況;③利用光纖傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線綜合評(píng)估。加拿大多倫多大學(xué)和波音公司建立了世界上首架含有光纖的機(jī)翼前緣損傷評(píng)估系統(tǒng)原型。沖擊過(guò)載實(shí)驗(yàn)表明，埋入光纖進(jìn)行損傷評(píng)估是可行的，并解決了埋入光纖的處理和鋪層分布、多傳感器的結(jié)構(gòu)和多路傳輸、傳感器信號(hào)的再生和結(jié)構(gòu)間連接等問(wèn)題。

1.4 電流變體智能材料

電流變體是由微米尺寸顆粒懸浮于絕緣體中形成的懸浮液。在外電場(chǎng)作用下，電流變體可以在液態(tài)和固態(tài)之間作快速、可逆、可控的變化。即在外電場(chǎng)作用下，電流變體在極短的時(shí)間內(nèi)其表觀粘度增加幾個(gè)數(shù)量級(jí),從流動(dòng)的液體變成凝膠狀的固體；電場(chǎng)撤去后，又可以瞬間恢復(fù)流動(dòng)狀態(tài)。電流變體的主要特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)變電壓太高，性能易受外界影響。

電流變體材料要求有良好的顆粒/載液組合以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用重復(fù)性。它一般由分散相、分散介質(zhì)和添加劑組成。分散相多為直徑在微米級(jí)的多孔疏松顆粒，可以是無(wú)機(jī)物(如硅酸鋁、二氧化硅等)或有機(jī)物(聚甲基丙烯酸鹽、酚醛樹(shù)脂、羧甲基纖維素等)；可以是單相顆粒，也可以是復(fù)相顆粒(如包有聚合物殼的導(dǎo)電顆粒等)。分散介質(zhì)為導(dǎo)電性較差的液體，如硅油、礦物油、鹵代烴等。加入到電流變體中的添加劑主要有兩類：穩(wěn)定劑和活化劑。穩(wěn)定劑通常為表面活性劑或高分子化合物?；钚詣┲饕且恍O性物質(zhì) (如水、乙醇、乙二醇等)或離子型化合物(如 KCl、NaNO2、NaCl等)，加入后可明顯提高電流變體的電流變效應(yīng)。目前，電流變體在基礎(chǔ)理論、材料研究及工程應(yīng)用方面已取得一定的發(fā)展。美國(guó)波音公司應(yīng)用電流變閥門(mén)進(jìn)行飛機(jī)自動(dòng)噴漆,得到大面積彩色圖案。電流變體還可用于無(wú)級(jí)可調(diào)、容易控制、響應(yīng)速度高的離合器。近來(lái)美國(guó)能源部對(duì)電流變體進(jìn)行了評(píng)估，肯定了這種材料在自動(dòng)設(shè)備、通用機(jī)械、液壓和交通等領(lǐng)域的重要應(yīng)用。

2 智能材料的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 用于航空航天方面

1）直升飛機(jī)旋翼輪葉:最早引起社會(huì)興趣和工業(yè)界重視的智能材料結(jié)構(gòu)是美國(guó)人研制的具有減振效果和診斷功能的“智能材料機(jī)翼”，在飛機(jī)的機(jī)翼部件中，埋入光導(dǎo)纖維等內(nèi)應(yīng)力傳感器,這些傳感器系統(tǒng)能將飛機(jī)機(jī)翼各個(gè)部分的重力情況及時(shí)告知信息處理中心,進(jìn)而反饋信號(hào)，使機(jī)翼及時(shí)平衡和抵消多余的振動(dòng),而執(zhí)行減振驅(qū)動(dòng)指令的則是形狀記憶合金及其網(wǎng)絡(luò)。

2）智能蒙皮:不僅是飛機(jī),其它飛行器如火箭、衛(wèi)星，還有潛水艇等的表皮都應(yīng)有隨外界條件變化而變化以及探測(cè)周圍環(huán)境的能力，具有這樣功能的表皮(蒙皮)稱為智能(或機(jī)敏)表皮(蒙皮)。未來(lái)飛機(jī)蒙皮不僅起機(jī)翼作用，它還可以檢測(cè)飛行速度、溫度、濕度等各種氣象條件，并能對(duì)變化的環(huán)境做出反應(yīng)，如改變機(jī)翼形狀等。另一功能是適合于當(dāng)前的電子戰(zhàn)，即具有識(shí)別、人為干擾、屏蔽通訊、威脅警告的電子保障系統(tǒng)。對(duì)于材料內(nèi)部的缺陷和損傷，智能表層能進(jìn)行自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)，還能抑制噪聲和振動(dòng)；對(duì)于航空航天飛行器座艙能夠自動(dòng)通風(fēng)、保暖和冷卻。

3）翼面的氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì):如果在翼面中埋入傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件，利用驅(qū)動(dòng)元件改變機(jī)翼翼面下表面的曲度，就可使機(jī)翼具有足夠的升力而不增大阻力。也可以利用驅(qū)動(dòng)元件改變機(jī)翼前緣和后緣的角度等,傳感元件監(jiān)測(cè)動(dòng)作的情況和程度，以達(dá)到自適應(yīng)氣動(dòng)彈性控制。

4）能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制的智能結(jié)構(gòu):如空間站的天線，在地面上是收攏的，到高空緩慢地展開(kāi)，尺寸很大又細(xì)長(zhǎng)，形狀和方向精度要求很高，在空間無(wú)重力、無(wú)阻尼作用下，必須采用能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制振動(dòng)和形狀的智能桁架結(jié)構(gòu)。通過(guò)在天線反射面邊界上布置一批驅(qū)動(dòng)器和測(cè)量表面誤差的傳感器，在天線內(nèi)布設(shè)控制驅(qū)動(dòng)器的編碼器和控制電路。當(dāng)傳感器測(cè)出表面誤差不符合要求時(shí)由控制電路通過(guò)編碼器激活驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。

5）飛行狀態(tài)的監(jiān)測(cè):為了保證飛行安全，無(wú)論是民用還是軍用飛機(jī)都必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)，甚至離開(kāi)服役現(xiàn)場(chǎng)大修檢測(cè)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)中埋入傳感器，可與人工智能、信號(hào)處理器和適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)硬件一起,連續(xù)及時(shí)地評(píng)價(jià)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和完整性，以防止發(fā)生突發(fā)性災(zāi)難。在軍艦方面也需要智能表層，它能調(diào)整軍艦的外殼特性，減少和改變艦上發(fā)出的聲音，使敵方聲納檢測(cè)不到本艦的聲訊號(hào);同時(shí)可以將軍艦表皮模仿海豚的皮膚，減少阻力，也要求表層材料本身能夠做到自診斷、自適應(yīng)、自修復(fù)。

2.2 用于土木建筑及混凝土方面

智能結(jié)構(gòu)在土木建筑及混凝土方面具有很好的應(yīng)用前景，目前主要集中在高層建筑、橋梁、水壩等方面。大型混凝土結(jié)構(gòu)的安全性診斷，是國(guó)內(nèi)外智能材料系統(tǒng)研究的重點(diǎn)之一。日本東京大學(xué)柳田博明等人將碳素纖維和玻璃纖維組合，埋入混凝土中，以檢測(cè)混凝土的應(yīng)力狀態(tài)和形變量。兩種纖維在電學(xué)性能及力學(xué)性能方面的互補(bǔ)性,使纖維在增加強(qiáng)度的同時(shí),還能通過(guò)纖維電阻的變化分析出混凝土中的受力狀態(tài)、形變程度和破壞情況，起到診斷裂紋和警報(bào)損傷甚至預(yù)測(cè)服役壽命的作用。他們已經(jīng)把這種纖維增強(qiáng)的混凝土智能材料成功地應(yīng)用于銀行等重要結(jié)構(gòu)設(shè)施的防盜報(bào)警墻體。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中埋入傳感器，并組成網(wǎng)絡(luò)，就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的完整性和性能,并能進(jìn)行通訊和設(shè)備控制。

對(duì)于承受循環(huán)應(yīng)力的材料，尤其是運(yùn)載工具，會(huì)由于疲勞而發(fā)生破壞。智能結(jié)構(gòu)可在裂紋萌生后，由傳感器指示裂紋位置，并指揮相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作,使裂紋尖端形成壓應(yīng)力，防止裂紋繼續(xù)擴(kuò)展。

1）光纖傳感器在混凝土固化監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用:為了解決溫濕度變化引起溫度梯度以及水化熱產(chǎn)生溫差引起內(nèi)應(yīng)力的問(wèn)題，可利用埋入式光纖傳感器對(duì)大型混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)溫監(jiān)測(cè)?；炷恋目估瓘?qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/10，因此在結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)加入鋼筋。通常將光纖傳感器埋入未固化的混凝土?xí)r，除要求光纖界面和水泥之間有良好的結(jié)合，還要求光纖在可塑材料填充和機(jī)械振動(dòng)時(shí)不受損傷及在高度堿性水泥糊劑環(huán)境中具有化學(xué)耐久性。

2）在混凝土磚及大壩上的應(yīng)用:工程結(jié)構(gòu)的過(guò)量位移或變形會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)并造成破壞。運(yùn)用光纖技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大壩結(jié)構(gòu)的連續(xù)可靠的監(jiān)測(cè)。光纖位移極限信號(hào)裝置DLS可用于檢測(cè)大壩縫隙變化,光纖應(yīng)變計(jì)可以用于縫隙或不透水瀝青混凝土水壩狀態(tài)變化的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),環(huán)形光纖傳感器分為兩路，分別連接壩體的兩邊，用一特別的材料封裝在大壩混凝土中心。當(dāng)應(yīng)變計(jì)用力鎖定模式安裝時(shí)，徑向變化可引起傳感器傳輸性質(zhì)的變化。

3）在房屋建筑中的應(yīng)用:①建筑系統(tǒng)和輔助設(shè)施的管理和控制，埋入通訊光纖可進(jìn)行通信和辦公自動(dòng)化；光纖傳感器可控制加熱、空調(diào)、下水道設(shè)備、電力、照明、電梯、火警及出入控制，還可測(cè)量壓力、水管流量、溫度，控制溫度、電動(dòng)閥門(mén)、水泵、鍋爐等。②結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和損傷評(píng)估:對(duì)于承載很大又很重要的構(gòu)件，可以在鋼筋混凝土制作時(shí)埋入光纖陣列，通過(guò)微型計(jì)算機(jī)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判斷缺陷的位置。由于水泥抗拉伸性較差，通常將光纖安裝在水泥受拉伸處，檢測(cè)水泥是否出現(xiàn)裂縫。高層建筑的基樁完整性檢查也是一個(gè)大問(wèn)題，若在基樁中埋入偏振型或分布式光纖傳感器,則可以直接判斷基樁是否出現(xiàn)破壞。將碳纖維加入混凝土中，則可形成智能混凝土，不存在埋入問(wèn)題和相容性問(wèn)題。目前的研究表明將碳纖維材料作為導(dǎo)電材料加入到水泥漿中,當(dāng)纖維用量合適且制備工藝合適時(shí),硬化電阻的特性會(huì)隨外界的壓力變化而變化，也即對(duì)應(yīng)力敏感，利用這一特性，這種材料不僅可用作結(jié)構(gòu)材料而且可用作智能材料，用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和損傷評(píng)估。③試驗(yàn)應(yīng)力分析:利用埋入光纖測(cè)量混凝土的強(qiáng)度、彈性及位移等，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)和安全。例如將光纖陣列埋在機(jī)場(chǎng)跑道上，可以測(cè)得飛機(jī)起飛著陸時(shí)跑道上的應(yīng)力狀態(tài)，得到二維應(yīng)變圖，有利于跑道再設(shè)計(jì)和對(duì)跑道的維修。用纖維壓縮法確定混凝土彈性模量及現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，在距離表面幾厘米處埋入絞和光纖，借助于安裝在混凝土表面上的手搖螺旋器把壓力施加給纖維，當(dāng)施加的壓力增大時(shí)，絞合光纖的曲率增大，光纖管檢測(cè)到的光通量增加，一定壓力下，混凝土的強(qiáng)度和模量與光通量有關(guān)。在混凝土中埋入單模偏振型光纖傳感器，混凝土受載荷時(shí)光面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，由光敏管檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)情況，即可得到混凝土的強(qiáng)度和模量。

4）智能自修復(fù)混凝土:可采取定期檢測(cè)并觸發(fā)其自修復(fù)功能(如用電激發(fā)等)的方法，也可結(jié)合太陽(yáng)能混凝土研究，混凝土中置入太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換機(jī)制，當(dāng)出現(xiàn)裂紋時(shí)，轉(zhuǎn)換機(jī)制動(dòng)作，直接觸發(fā)或通過(guò)另外的機(jī)制觸發(fā)自修復(fù)作用(打破原子微區(qū)反應(yīng)的壁壘—包囊等)；植入纖維或形成電解質(zhì)(或絕緣物質(zhì))薄膜包裹，出現(xiàn)裂紋后電性能發(fā)生變化，然后通過(guò)某種機(jī)制觸發(fā)原子微區(qū)反應(yīng)。技術(shù)原理為:①原子微區(qū)反應(yīng)導(dǎo)致自修復(fù)作用；②裂紋應(yīng)力觸發(fā)自修復(fù)作用；③斷裂表面能增加觸發(fā)自修復(fù)作用;④新鮮表面的氧化作用和吸附作用觸發(fā)自修復(fù)作用;⑤裂紋產(chǎn)生前后的溫濕度變化觸發(fā)自修復(fù)作用；⑥混凝土本征結(jié)構(gòu)破壞觸發(fā)自修復(fù)作用；⑦周期性自檢觸發(fā)自修復(fù)作用；⑧其它機(jī)理導(dǎo)致自修復(fù)作用。

2.3 用于機(jī)器人

形狀記憶合金(SMA)能夠感知溫度或位移的變化，可將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。如果控制加熱或冷卻，可獲得重復(fù)性很好的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。用SMA制作的熱機(jī)械動(dòng)作元件具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧、成本低廉、控制方便等。近年來(lái)，隨著形狀記憶合金逐漸進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用階段，SMA在機(jī)器人中的應(yīng)用（如在元件控制、觸覺(jué)傳感器、機(jī)器人手足和筋骨動(dòng)作部分的應(yīng)用）十分引人注目。

2.4 金屬材料自愈合

中科院沈陽(yáng)金屬所的研究發(fā)現(xiàn)，用強(qiáng)脈沖的方法，對(duì)金屬材料進(jìn)行斷續(xù)通電處理，能愈合材料內(nèi)部的一些裂紋和缺陷，使金屬達(dá)到自愈合的效果。西北工業(yè)大學(xué)的研究表明，將內(nèi)部充填有粘稠物質(zhì)的空心管狀物埋入無(wú)機(jī)材料中，能使無(wú)機(jī)材料達(dá)到裂紋自愈合的效果。

2.5 控制振動(dòng)和噪聲

智能材料系統(tǒng)最成熟的應(yīng)用之一是主動(dòng)結(jié)構(gòu)聲控。例如，飛機(jī)殼體的振動(dòng)來(lái)自飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。具體控制方法是由機(jī)敏材料(形狀記憶合金纖維、壓電陶瓷等)做成誘發(fā)應(yīng)變調(diào)節(jié)器(Induced strain actuators)，把它分布在振動(dòng)結(jié)構(gòu)中。它以低頻作用一個(gè)力在結(jié)構(gòu)上,抵消那些能夠向外輻射的聲振動(dòng)模式，從而控制低頻噪聲，而不是采用讓整個(gè)結(jié)構(gòu)停止振動(dòng)的方法。

誘發(fā)應(yīng)變調(diào)節(jié)器另一作用是改善材料的疲勞壽命。據(jù)報(bào)道，美國(guó)弗尼吉亞州立大學(xué)和工學(xué)院(Virginia Tech)在實(shí)驗(yàn)室使用壓電陶瓷調(diào)節(jié)器抵抗高應(yīng)力集中處的應(yīng)變，使零件的疲勞壽命延長(zhǎng)一個(gè)數(shù)量級(jí)。這是目前使用智能材料系統(tǒng)研究解決結(jié)構(gòu)疲勞的具體嘗試。在智能材料與結(jié)構(gòu)中，傳感元件對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),驅(qū)動(dòng)元件在微電子系統(tǒng)的控制下準(zhǔn)確地動(dòng)作，以改變結(jié)構(gòu)的振動(dòng)狀態(tài)，這樣就出現(xiàn)了具有振動(dòng)和噪聲主動(dòng)控制功能的智能結(jié)構(gòu)。應(yīng)用形狀記憶合金可設(shè)計(jì)出具有減振降噪功能的智能結(jié)構(gòu)。1988年6月，美國(guó)密執(zhí)安州立大學(xué)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)中心實(shí)驗(yàn)室的M.V.Gandhi等人首次公布了將電流變體與復(fù)合材料相結(jié)合的智能復(fù)合材料的研究結(jié)果。他們?cè)趶?fù)合材料懸臂梁的空腔內(nèi)注入電流變體，通過(guò)外加電場(chǎng)改變電流變體的狀態(tài)，從而實(shí)時(shí)控制梁的剛度、阻尼,實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)整體振動(dòng)的主動(dòng)控制。

2.6 用于醫(yī)藥方面

智能材料可以帶給病患更好的醫(yī)療體驗(yàn)和醫(yī)療效果。如利用形狀記憶合金絲治療肺血栓和連接斷骨,矯正骨骼畸形等；又如智能醫(yī)用膠帶，不僅能加快傷口愈合，防止感染，并能在傷口愈合后自動(dòng)脫落，使病人無(wú)痛苦；由機(jī)敏材料制造的藥物送進(jìn)系統(tǒng)可以像潛水員一樣進(jìn)入人的體內(nèi),監(jiān)測(cè)人體生理變化；由機(jī)敏材料制造的人造器官如人工胰臟、肝、胃等可代替人體器官。如人造胰臟可以連續(xù)觀測(cè)病人的血糖水平，并準(zhǔn)時(shí)定量地釋放胰島素。

2.7 用于紡織方面

目前,對(duì)高度刺激智能響應(yīng)的纖維和紡織品的研究和開(kāi)發(fā)已引起人們極大的關(guān)注。智能紡織品顯示出至少一種獨(dú)特而有價(jià)值，對(duì)外界刺激能夠進(jìn)行智能響應(yīng)的性能。一些智能紡織品僅具有對(duì)外界刺激感知的能力,如光導(dǎo)纖維和導(dǎo)電織物;另一些智能紡織品具有墩外界刺激感知和反應(yīng)的能力，如形狀記憶紡織品、變色紡織品、防水透濕紡織品、蓄熱調(diào)溫紡織品、吸濕放熱紡織品等。

2.8 用于透明材料

智能玻璃是一種新型的智能材料,它的光學(xué)特性可以根據(jù)入射光線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度而改變。例如在熱天，可以濾掉熱輻射，但又能通過(guò)可見(jiàn)光；在冷天能夠防止熱損耗，使室內(nèi)保溫。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，世界上許多國(guó)家都已開(kāi)展對(duì)智能材料的研究，其發(fā)展將全面提高材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用水平。智能材料涉及的領(lǐng)域非常廣泛，它是一種軍民兩用技術(shù)，不但在宇航及國(guó)防工業(yè)，而且在民用方面，如土木建筑、交通、水利、醫(yī)學(xué)、海洋捕魚(yú)等行業(yè)也有著極為廣泛的應(yīng)用前景。智能材料的應(yīng)用還能節(jié)省資源、減少污染等，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是巨大的。