第1页，共30页，星期日，2025年，2月5日一、智能材料的基本概念材料的发展和应用历史：材料科学的发展演化过程智能材料是继天然材料、人造材料、精细材料之后的第四代功能材料。第2页，共30页，星期日，2025年，2月5日智能材料定义：----(Intelligentmaterial，Smartmaterial)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，并进行判断、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自适应性的材料系统。第3页，共30页，星期日，2025年，2月5日智能材料需具备的内涵：
（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。第4页，共30页，星期日，2025年，2月5日智能材料必须具备感知、控制和驱动三个基本要素。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。第5页，共30页，星期日，2025年，2月5日智能材料的基本结构：智能材料不是一种单一的材料，而是一个由多种材料组元通过有机紧密复合或严格地科学组装而构成的材料系统，是一种智能机构。传感器执行器控制器智能机构材料自身能够探测到外部环境状态的变化能够自动地执行改变材料状态的指令能够对探测到的外部环境的变化作出判断，并给出相应的改变材料状态的指令第6页，共30页，星期日，2025年，2月5日智能材料的构成是由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。(第7页，共30页，星期日，2025年，2月5日1)基体材料：担负着承载的作用，一般选用轻质材料。首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。)敏感材料：担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、PH值等）。常用敏感材料：形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。(3)驱动材料
在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务。常用有效驱动材料：形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。(4)其它功能材料（信息处理器）
包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。第8页，共30页，星期日，2025年，2月5日如：将光导纤维、形状记忆合金和镓砷化合物半导体控制电路埋入复合材料中。光导纤维传感元件(检测结构中的应变和温度)形状记忆合金执行元件(使结构动作改变性状)半导体控制电路控制系统(根据传感元件的信息驱动元件动作)第9页，共30页，星期日，2025年，2月5日智能结构的动作流程图识别分析判断行动驱动元件自适应地改变结构形状、刚度、位置、应力状态、固有频率等第10页，共30页，星期日，2025年，2月5日智能材料分类智能金属及合金材料智能金属陶瓷材料智能高分子材料智能生物材料等智能合金材料：形状记忆合金薄膜第11页，共30页，星期日，2025年，2月5日二、形状记忆合金薄膜材料形状记忆材料——具有形状记忆效应的材料。形状记忆效应(ShapeMemoryEffect,简称SME)：——材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点，就产生塑性变形，应力消除后留下永久变形，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前形状的现象。（一）形状记忆合金材料基本概念第12页，共30页，星期日，2025年，2月5日Ti-Ni形状记忆合金制造的人造卫星天线第13页，共30页，星期日，2025年，2月5日形状记忆合金：具有形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的金属元素构成的合金，故称为形状记忆合金(ShapeMemoryAlloys，简称SMA)。形状记忆合金的发现：20世纪60年代初，美国马里兰州海军军械研究所的科学家比