智能材料：带领人类文明进入一个崭新高度!

1、智能材料：带领人类文明进入一个崭新高度！摘要：智能材料来源于仿生学，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！早晨，太阳初升时窗帘就会自动拉开；当你迷糊转醒时按一下床头的按钮，灶上的牛奶开始自动加热，煮沸后鸣音示意并自动点开锅盖随着智能时代的到来，这些曾在科幻电影中出现的场景，正在一步步变为现实。智能时代的进步，离不开智能材料的研发和应用。世纪80年代末90年代初智能材料的概念提出，历经了20多年的发展，随着硬件设备在各个领域的应用开发，各式各样的新型智能材料交叠更换。进入新世纪，以功能材料为基础的智能材料受到了世界科技强国的重视。智能材料发迹于航空航天领域

2、，现已发展至服饰艺术、医疗器械、土木工程等各个领域。自然界具有生命力的生物很多，生物都可以收集外界信息传递到自身并做出反应。智能材料就是基于生物的这种特点研制出的可以根据信息的传递作出生物反应的新型材料。一、智能材料简介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。智能材料最突出的优点是自诊断和自修复。顾名思义，自修复即在无外界作用条件下，材料本身能对内部缺陷进行自我恢复。二、智能材料的分类由于智能材料种类的不断扩大，因此分类也是粗

3、浅的：智能材料来源于仿生学，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、驱动和控制这三个荃本要素。但现有的材料一般比较单一，难以满足各方面需求，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。三、智能材料产业化分析国内在智能材料研究领域起步较晚，新材料产业“十二五”发展规划对智能材料发展提出相应规划方向:加强基础材料研究，开发智能材料与结构制备加工技术，发展形状记忆台金、应变电阻合金、磁致伸缩材料、智能高分子材料和磁流变液体材料等。新材料产业“十二五”重点产品目录涉及到的重点产品包括铜基形状记忆合金、稀土磁致伸缩材料

4、、压电材料、形状记忆高分子聚合物等19种基础材料。南京航空航天大学是国内最早从事航空智能材料与结构研究的单位。其智能材料与结构航空科技重点实验室飞行器智能结构系统的研究代表了国内领先水平，并在仪器设备和基础设施等方面具备了很好的综合基础。从不同类型的智能材料的应用前景来看，压电材料几乎占总市场的50%；磁致伸缩材料主要应用于电子行业；铬电镀材料主要用于汽车和建筑行业；而形状记忆合金主要应用在医疗市场；电致伸缩材料目前还处于成本较高、应用前景不明的阶段，市场前景不容乐观。2014年，美国巴特尔研究所发布全球研发投资预测，其中分析了化学与先进材料的研发趋势，以及推动研发投资的主要因素等。在调查中，

5、80%的受访者认为纳米材料是关键发展领域，56%的受访者认为生物材料是重点发展领域，而47%的受访者认为复合材料是材料研发的重点。四、国内主要生产企业国内上市公司中涉足智能材料的并不多，主要有：兰州西脉记忆合金股份有限公司是国内专业化从事形状记忆合金医疗器械研制和开发的高科技企业，国内首家、国际上较早实现形状记忆合金规模化生产。公司作为国内最大的形状记忆合金产业基地，主营产品有记忆合金医疗器械、温控元件、日用产品、电器元件等，而TiNi形状记忆合金人体骨骼内固定器械已形成系列化、规模化。上海形状记忆合金材料有限公司主要经营形状记忆合金及相关医疗材料器件，在心血管缺损、畸形封堵器产品上具备国际先

6、进水平，研制出动脉导管未闭封堵器、房间隔缺损封堵器、室间隔缺损封堵器、封堵器介入输送装置和圈套器等产品。有研亿金新材料股份公司主营稀有和贵金属材料及其合金、机械电子、医疗器械。公司具备合成镍钛形状记忆合金能力，并将其开发应用于医疗器械。部分公司的智能材料产品已进入实质性产业化阶段，并已盈利。五、智能材料相关专利情况智能材料专利历年申请量智能材料分类专利申请情况专利申请国家在智能材料领域的国外专利申请人中，在前10位专利申请人中有9家日本企业，可以说明日本企业在智能材料领域的绝对优势。在国内的专利申请人中，上海交通大学的主要研究成果是关于形状记忆合金材料、压电陶瓷、自清洁二氧化钦纳米薄膜、二氧化

7、硅纳米纤维、生物仿生人工骨等方面的专利；中国科学院上海硅酸盐研究所主要专利成果是压电陶瓷材料及元件；清华大学的专利成果主要涉及到压电陶瓷材料及其元件、仿生水凝胶快速成形工艺、仿生骨复合材料、纳米材料等。六、智能材料的发展及应用1、金属自损修复材料磨损、腐蚀，疲劳是材料失效的3种主要形式。其中磨损造成的经济损失十分巨大，因此，在工业生产中推广使用“金属磨损自修复材料”可以获得重大的经济效益。例如，我国是第三大润滑油消耗国，如果内燃机润滑油改用添加有“金属磨损自修复材料”超细粉体和抗氧化剂的基础油，不仅能够使现有的内燃机实现“节能、降耗”，而且有望实现内燃机的“终生免大修”，并且减少高档润滑油的进

8、口量。2、混凝土自修复在混凝土中掺入某些特殊的组分，如内含粘结剂的空心胶囊、空心玻璃纤维或液芯光纤，在混凝土材料受到损伤时使其破裂，粘结剂流到损伤处，使混凝土裂缝重新愈合。如Carolyn Dry采用磷酸钙水泥(含有单聚物)为基体材料，在其中加入多孔编织纤维网，在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出引发剂，引发剂与单聚物发生聚合反应生成高聚物。如果发生损伤，多孔纤维就会释放高聚物，自动愈合损伤。3、采用空心光纤维的智能材料自修复利用空心光纤维作为输送修复结构胶液的通道，当结构发生损坏时，可以从空心光纤维网络的输出检测出损伤发生的位置，同时将胶液输送到损伤处进行修复。空心光纤维可以组成

9、智能材料结构中的损伤自诊断、自修复网络，对它的研究极具应用价值。4、采用形状记忆合金增强智能材料结构的自修复智能材料的一个重要进展标志就是形状记忆合金，所谓形状记忆合金，就是在某一温度下使其塑性形变，高温加热时，恢复至加工前的形状。如人造卫星上的天线，发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内。火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开。恢复抛物面形状。5、自修复聚合物聚合物基自修复复合材料是前的研究热点，目前提出三种很有价值的研究方法：液芯纤维法，微胶囊法及热可逆交联反应法。6、磁流体密封水介质的自修复磁流体密封作为一种新型的零泄漏密封方式，顺应了绿色和清洁生产的潮流，受到了越来越多的关注。当磁流体密封承受过大压差破裂后，一旦压差下降至一定程度，密封环将自动恢复而重新起密封作用，这就是磁流体密封的自修复功能。七、智能材料发展趋势智能材料，特别是自修复材料作为重要的新材料，有望解决传统方法无法解决的技术难题。在一些重要工程和尖端技术领域具有巨大