仿生智能材料 (2)

1、仿生智能材料第一页，共12页。第二页，共12页。概念概念类似生物材料那样的具有类似生物材料那样的具有智能属性智能属性的材料，具备自的材料，具备自感知、自诊断、自适应、自修感知、自诊断、自适应、自修复复等功能等功能其概念来源于功能材料，功能材料能对外界刺激进行感知，有些还可以做出响其概念来源于功能材料，功能材料能对外界刺激进行感知，有些还可以做出响应。应。第三页，共12页。设计原理压电压电+电热材料电热材料=阻尼材料阻尼材料压电压电+pH致伸缩材料致伸缩材料=生物材料生物材料光电光电+电致变色材料电致变色材料=智能玻璃智能玻璃压电压电+电致变色材料电致变色材料=示警材料示警材料第四页，共12页。

2、智能金属材料智能金属材料具有自检知、自判断、自行动的自我控具有自检知、自判断、自行动的自我控制制和修复的功能和修复的功能典型的是典型的是形状记忆材料形状记忆材料SMA高温处理一定形状的金属急冷后塑性变高温处理一定形状的金属急冷后塑性变形为形为另一种形式，再加热至高温后，通过马另一种形式，再加热至高温后，通过马氏体氏体逆相变恢复到低温变形前的形状的现象称逆相变恢复到低温变形前的形状的现象称为为形状记忆效应形状记忆效应第五页，共12页。形状记忆合金形状记忆合金SMA欧洲航天计划研制出来数种被称作形状记忆合金的欧洲航天计划研制出来数种被称作形状记忆合金的奇异材料，这些材料可以像橡皮筋一样拉伸，但是能

3、奇异材料，这些材料可以像橡皮筋一样拉伸，但是能够记住初始形状，拉伸之后一旦加热到一定温度就会够记住初始形状，拉伸之后一旦加热到一定温度就会变回原来的形状。变回原来的形状。形状记忆合金可以用作航天器上的轻型温度控制调形状记忆合金可以用作航天器上的轻型温度控制调节器。在太空中形状记忆合金可以被用来在航天器发节器。在太空中形状记忆合金可以被用来在航天器发射之后释放太阳能电池板；形状记忆合金在医学领域射之后释放太阳能电池板；形状记忆合金在医学领域有很多应用，其中一项应用就是控制牙齿移动的正牙有很多应用，其中一项应用就是控制牙齿移动的正牙弹簧。另外一个使用形状记忆合金技术的医学仪器就弹簧。另外一个使用形

4、状记忆合金技术的医学仪器就是一个非常细的管子，这个管子可以插入血管里，到是一个非常细的管子，这个管子可以插入血管里，到达损坏的血管之后再变回原来大小。达损坏的血管之后再变回原来大小。第六页，共12页。智能高分子材料智能高分子材料能感觉周围环境变化，而且针对环境的变化能做出响应对策的高分子材料。能感觉周围环境变化，而且针对环境的变化能做出响应对策的高分子材料。高分子水凝胶高分子水凝胶是水溶性高分子经适度交联形成伸缩性三维交联网络与水组成是水溶性高分子经适度交联形成伸缩性三维交联网络与水组成的多元体系的多元体系,受到环境刺激的时候随之响应受到环境刺激的时候随之响应,是一种智能高分子材料。根据是一种

5、智能高分子材料。根据水凝胶对环境刺激响应的不同水凝胶对环境刺激响应的不同,可分为物理刺激响应水凝胶、化学刺激响应可分为物理刺激响应水凝胶、化学刺激响应水凝胶和多重响应水凝胶。水凝胶和多重响应水凝胶。 N-异丙基丙烯酰胺异丙基丙烯酰胺是丙烯酰胺衍生物单体，由于分子内有亲水性的酰胺基是丙烯酰胺衍生物单体，由于分子内有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，使其均聚物具有较低的临界溶解温度等良好特性，和疏水性的异丙基，使其均聚物具有较低的临界溶解温度等良好特性，主要用于制造具有感温特性的聚合物凝胶。主要用于制造具有感温特性的聚合物凝胶。红外光谱红外光谱利用利用溶胀收缩溶胀收缩循环用于化学阀、吸附分离、传感器

6、和记忆材料；循环用于化学阀、吸附分离、传感器和记忆材料；循环提供循环提供的动力的动力可设计可设计“化学发动机化学发动机”；网孔可控性网孔可控性适用于药物释放体系。适用于药物释放体系。第七页，共12页。这是来自伊莱克斯的生物冰箱，当然还是概念的。采用的是生物机器人的这是来自伊莱克斯的生物冰箱，当然还是概念的。采用的是生物机器人的高分子高分子凝胶技术凝胶技术冷却，设计上舍弃了门和抽屉，而是采用的凝胶，能够全方位的围冷却，设计上舍弃了门和抽屉，而是采用的凝胶，能够全方位的围绕食品，当然目前沃壤看来还这能是水果蔬菜等一些未加工过的食品储藏。绕食品，当然目前沃壤看来还这能是水果蔬菜等一些未加工过的食品储

7、藏。它更加方便了摆设，悬挂，甚至放在天花板上也是没有问题的，还可以根据它更加方便了摆设，悬挂，甚至放在天花板上也是没有问题的，还可以根据您需要的尺寸进行大小的修改。您需要的尺寸进行大小的修改。第八页，共12页。智能纤维智能纤维有有传感、执行、调节适应传感、执行、调节适应功能功能分为光学纤维、导电纤维、分为光学纤维、导电纤维、形记形记忆纤维忆纤维、变色纤维、压电陶瓷纤、变色纤维、压电陶瓷纤维、蓄热纤维、调温和调湿纤维维、蓄热纤维、调温和调湿纤维等。等。第九页，共12页。形状记忆纤维形状记忆纤维热成型时（第一次成型）能记忆外界赋予的形状（热成型时（第一次成型）能记忆外界赋予的形状（初始形状初始形状

8、），），冷却冷却时时可可任意形变任意形变，并在，并在更低温度更低温度下将此形变下将此形变固定固定下来（第二次成型），下来（第二次成型），当当再次加热再次加热时能可逆时能可逆恢复恢复到原始形状。可根据外部环境变化，促使形状到原始形状。可根据外部环境变化，促使形状纤维完成上述循环的因素还可以有光能、电能和声能等物理因素以及纤维完成上述循环的因素还可以有光能、电能和声能等物理因素以及酸碱度、螯合反应和相变反应等。酸碱度、螯合反应和相变反应等。最普遍的形状记忆纤维是最普遍的形状记忆纤维是镍镍钛合金纤维钛合金纤维。应用于防烫服装，接触应用于防烫服装，接触高温时纤维变形形成空高温时纤维变形形成空腔，让高温

9、远离人体皮腔，让高温远离人体皮肤，达到防烫效果。肤，达到防烫效果。第十页，共12页。Luminex发光材料发光材料发明者：发明者：Luminex公司公司这种材料其实应该早在这种材料其实应该早在“迪斯科时代迪斯科时代”就问世。就问世。Luminex是一种新型材料，它不仅能在黑暗中发光，还是一种不折不扣是一种新型材料，它不仅能在黑暗中发光，还是一种不折不扣的光源。的光源。Luminex发光材料的能源来自被置入织物内部的普通电池，发光材料的能源来自被置入织物内部的普通电池，科学家们采用用于物理实验的超薄光学纤维加工而成。目前已科学家们采用用于物理实验的超薄光学纤维加工而成。目前已经开始利用这种材料为

10、流行歌星制做光华四射的演出盛装、制经开始利用这种材料为流行歌星制做光华四射的演出盛装、制做女士手提包和窗帘饰品。做女士手提包和窗帘饰品。 时代时代杂志曾公布的火爆的发明杂志曾公布的火爆的发明 光学纤维光学纤维第十一页，共12页。仿生应用于工程设想仿生应用于工程设想在设计用作组织工程细胞外基质时，模仿天然细胞外基质的人工细胞外基质材在设计用作组织工程细胞外基质时，模仿天然细胞外基质的人工细胞外基质材料是一有效的构想。料是一有效的构想。以寡聚糖模拟细胞膜结构制备非吸附表面，在作为抗血栓材料表面修饰有潜在以寡聚糖模拟细胞膜结构制备非吸附表面，在作为抗血栓材料表面修饰有潜在应用价值。应用价值。一种自行愈合的混凝土，当其裂开时，里面装的空心纤维也会裂开，一种自行愈合的混凝土，当其裂开时，里面装的空心纤维也会裂开，释放出黏结修补剂把裂纹粘在一起，防止混凝土断裂。释放出黏结修补剂把裂纹粘在一起，防止混凝土断裂。用嵌入法制得的形状记忆纤维及热固、热塑性复合材料对于控用嵌入法制得的形