第11章机敏材料与智能材料

第十一章

机敏材料和智能材料

11.1机敏材料和智能材料的概念

智能材料是指对环境可感知、响应和处理后，能适应环境的材料。它是一种融材料技术和信息技术于一体的新概念功能材料。智能材料应同时具备传感(sensing)、处理(processing)和执行(actuation)三种基本功能。（1）传感功能。首先是对所处环境条件及其变化的感知，环境条件包括力、光、电、声、磁、热等物理、化学和生物条件。其次是把环境条件及其变化转化为某种讯号传导给处理器。（2）处理功能。包括信息积累、识别、比较、诊断、综合、判断和作出相应的反应，然后把反应转化为指令，传达给执行器。（3）执行功能。包括报警、自检测、自诊断、自监控、自校正、自适应、自分解、自增殖、自修复、自净化、自愈合和自学习等。

机敏材料的英文原名为smartmaterial。对机敏材料也没有统一的定义。有人认为机敏材料就是智能材料，两者之间并无区别，只是名称不同。有人认为机敏材料只有传感和执行两种基本功能，比智能材料少一个处理功能。因而，从聪明程度来看，智能材料比机敏材料至少高出一个数量级，机敏材料是一种较低阶段的智能材料，所以一般把机敏材料和智能材料统称为智能材料。

理论上讲，智能材料可以从宏观到微观各种层次上来实现。宏观层次上，单一的一种材料很难同时具备传感、处理和执行三种基本功能。往往要把几种材料、元件或结构组合在一起构成一个结构或系统才能同时具备上述的三种基本功能。这种结构或系统称为智能结构或系统，它是由多种结构材料（结构）、功能材料（元件或结构）所构成。在微观层次上如在分子、原子水平上，则有可能在一种材料中实现上述三种基本功能。这种材料才符合智能材料的定义。智能材料的基本功能随着研究的进展正在逐步丰富和发展，它的智能也从低级（如机敏材料）发展到比较高级（如仿生智能材料），最终可能发展到具有类似人类的部分智能。

研究智能材料最早的国家是美国和日本。随后英、意、澳等也开展了智能材料的研究。我国对智能材料的研究也很重视，从1991年起就把智能材料列为国家自然科学基金和国家863计划的研究项目，并已取得了相当的进展。宏观智能材料往往由结构材料和具有传感、处理或执行功能的功能材料构成。本章介绍几种以前各章未讲到的有传感或执行功能的材料，即形状记忆材料、电流变流体、机敏窗口、刺激响应型高聚物和高分子人工肌肉材料。有的文献把这些材料也称为智能材料，这不太确切。智能材料第一节智能材料基本原理1、什么是智能材料2、智能材料的特征3、智能材料的构成4、智能材料的分类

智能材料是二十世纪90年代迅速发展起来的一类新型复合材料，将在21世纪得到广泛研究和应用的材料。

智能材料：是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的具有智能特征材料。

1、什么是智能材料？目前，已经实用化的智能材料包括：形状记忆合金材料，如镍—钛材料，可用来制作汽车易损件、人造卫星的天线等；电致、磁致变性材料等的应用具体来说，智能材料需具备以下内涵：

(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；

智能材料的构想来源于仿生学，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、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，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。

智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。

智能材料应用的简单事例：某些太阳镜的镜片当中含有智能材料，这种智能材料能感知周围的光，并能够对光的强弱进行判断，当光强时，它就变暗，当光弱时，它就会变的透明。2、智能材料的特征因为设计智能材料的两个指导思想：是材料的多功能复合和材料的仿生设计。智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：传感功能（Sensor）

能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。(2)反馈功能（Feedback）可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。(3)信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。(4)响应功能

能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。(5)自诊断能力（Self-diagnosis）

能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。（6）自修复能力（Self-recovery）

能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。（7）自调节能力（Self-adjusting）对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。3、智能材料的构成

一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。（1）基体材料

基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料。一般基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。（2）敏感材料

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:如形状记忆材料、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

因为在一定条件下，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。常用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用，这也是智能材料设计时可采用的一种思路。（4）其它功能材料

包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。4、智能材料的分类

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。

因为现在可用于智能材料的材料种类不断扩大，所以智能材料的分类也只能是粗浅的，分类方法有多种。若按智能材料的功能来分，可以分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电（磁）致伸缩材料等。若按智能材料的化学成分来分，可以分为金属系智能材料、无机非金属系智能材料和高分子系智能材料。目前研究开发的金属系智能材料主要有形状记忆合金和形状记忆复合材料两大类；

无机非金属系智能材料：在电流变体、压电陶瓷、光致变色和电致变色材料等方面发展较快；常用的智能材料1、形状记忆合金

一般金属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。但有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应（SME）。

形状记忆材料兼有传感和驱动的双重功能，可以实现控制系统的微型化和智能化，如机器人、毫米级超微型机械手等。21世纪将成为材料电子学的时代。形状记忆合金的机器人的动作，除了温度外，不受任何环境条件的影响，可望在反应堆、加速器、太空实验室等高技术领域大显身手。2、电流变体和磁流变体

电致、磁致变体智能材料大多是由合成材料或陶瓷材料制成的，具有在电场或磁场的作用下发生变性的能力，其变化的大小与电场和磁场的强度有关。科学家研制成功一种电致变性材料，这种材料在接通电流时，可以从液体变为接近固体。

电流变体：

1947年，一个叫温斯洛的美国人发现了一个奇怪的现象。他把石膏、石灰和炭粉加在橄榄油中，然后加水搅成一种悬浮液，想看看这种悬浮液能不能导电。结果：这种悬浮液没有加上电场时，可以像水或油一样自由地流动；可是一加上电场，自由流动的液体变成固体，而且随着电场强度的增加，固体的强度也在增加。当撤消电场时，它又能立即由固体变回液体。

由于这种悬浮液可以用电场来控制，因此科学家们就把它叫做“电流变体”，并把这种现象称为“温斯洛现象”。软体遥控器：采用了软体的设计，看上去就像是瘫死在那里一样。不过一旦遥控器启动，它就会变得坚硬起来，就像是复活了一样。不仅如此，启动后，遥控器内还会发出光亮，非常漂亮。

如果向空心复合梁中充入电流变性液体材料，在外电场的作用下，这种液体材料就会变硬，从而使梁变成僵硬状。电致变性材料还可以用作在地震时能自动加固建筑物的基础。3、磁致伸缩材料

目前磁致伸缩智能材料的主流是稀土磁致伸缩材料，稀土超磁致伸缩材料是近期才发展起来的一种新型功能材料。

物质有热胀冷缩的现象。除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短发现物质的磁致伸缩效应后，人们就一直想利用这一物理效应来制造有用的功能器件与设备。研究和发展了一系列磁致伸缩材料，主要有三大类：即：磁致伸缩的金属与合金，如镍基合金（Ni，Ni－Co合金，Ni－Co－Cr合金）和铁基合金（如Fe－Ni合金，Fe－Al合金，Fe－Co－V合金等）和铁氧体磁致伸缩材料。稀土超磁致伸缩材料磁致伸缩：指的是对软磁体进行磁化后，其形状、大小会发生变化的物理现象。磁致伸缩现象具有各向异性。当长度为l的磁性材料在磁化方向上的长度变化为ΔL时，磁致伸缩率可表示为：λ=ΔL/l。由于磁致伸缩率一般在10-5以下，所以对磁致伸缩效应的应用远不如对压电效应的应用广泛。到20世纪60、70年代后，发现了伸缩率在10-3的超磁致伸缩材料。磁致伸缩效应才重新受到重视。磁致伸缩材料在电磁场的作用下可以产生微变形或声能，也可以将微变形或声能转化为电磁能。

声波仪：发射机是一种声源讯号的发射器，由它向电致材料（或磁制）制成的换能器输送电脉冲，激励换能器的晶片，使之振动而产生声波，向岩体发射。声波在岩体中以弹性波形式传播，然后由接收换能器加以接收，该换能器将声能转换成电子讯号送到接收机，经放大后在接收机的示波管屏幕上显示波形。若将接收机与微机连接，则可对声波讯号进行数字处理。

磁致伸缩智能材料具有磁致伸缩值大、机械响应速度快等特点，在国防、航空航天和高技术领域应用极为广泛。磁致伸缩智能材料的主要用途（1）由于稀土超大磁致伸缩材料比传统材料在性能上有了惊人的提高，所以在电器、家电、通讯器材、电脑等生产领域，稀土磁致伸缩材料逐渐取代了传统的磁致伸缩材料和电致伸缩材料，使产品升级和更新换代更加容易。对于磁致伸缩智能材料的应用，目前，美国位居各国之首，其成功标志在于开发出了一系列用于军事目的的尖端产品，如舰艇水下声纳探测系统以及导弹发射控制装置等。我国对磁致伸缩智能材料新产品的开发也呈现出良好的发展势头。如开发出的大功率岩体声波探测器，应用于三峡工程和地球物理勘探；开发出的井下物理法采油装置；

光致变色玻璃

光致变色玻璃是一种能在光的激发下发生变色反应的玻璃。

含卤化银的碱铝硼硅酸盐光色玻璃受到紫外光和可见光照射时，氯化银晶体分解为Ag和Cl原子，析出的银原子团簇使玻璃颜色变深，从而阻止阳光的透过。发生的光化学反应如下：

式中，h1为短波激活光能；h2为长波光源光能；△为加热退色效应。h1玻璃变色过程中，发生的光化学反应如下：

在没有紫外线照射时，原来分解产生的银和卤素原子又重新结合恢复为无色的氯化银AgCl，原于团簇解体，玻璃(镜片)褪色。因此，变色眼镜在阳光下变深，在室内则恢复透明。

若配料中加入少量敏化剂，就能显著地提高敏感性，并增大光致变色的变暗能力。如加入Cu2O时，Cu+

是一种增感剂

Cu+在氯化银晶体中作为空穴的捕获中心，它的存在增加了光解银原子Ag0的浓度，使玻璃的变暗灵敏度大大提高。h1

光致变色玻璃具有随光的波长和强度的变化而自动调节光的透过率的自适应特性，因而被称为光敏型智能玻璃，除用作变色眼镜外，还用作汽车防护玻璃、航天器窗口、激光防护、以及装饰等。

高分子智能材料：成分是水和一种聚合物的混合物,低温下是透明的胶状半流体,当天气变暧时,它就变成白色,这一变化过程是可逆的.聚合物的一部分是油质成分,在低温时油质成分把水分子以一种冰冻的方式聚集在这种聚合物纤维的周围,就像"一件冰茄克衫",这种像绳子似的聚合物是成串排列起来的,呈透明状,可以透过90%的光线.

当它被加热时,这种聚合物分子就像"面条在沸水里"那样翻滚,并抛弃它们的像冰似的"冰茄克衫",使聚合物纤维得以聚在一起,此时,"云胶"又从清澈透明变成为白色,可阻挡90%的光.这种变化可在两三度温差范围内完成.

建筑物如果具有像这样的"皮肤",就可以适应周围的环境.当天气寒冷时,它就变成透明的,让阳光照射进来;当天气暖和且必须把阳光挡住时,它就变得半透明.充满云胶的多层玻璃,不仅可用作天花板,而且可用作墙壁.11.2形状记忆材料一、形状记忆材料的概念形状记忆材料是指具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。二、形状记忆合金形状记忆合金：通过热弹性与马氏体相变及其反转而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。（一）形状记忆合金的基本原理（二）形状记忆合金的种类和发展（三）形状记忆合金的应用三、形状记忆高聚物形状记忆高聚物是由固定相（硬相）和软化－硬化可逆相（软相）构成，通过可逆相的可逆变化而具有形状记忆效应。（一）形状记忆高聚物的基本原理（二）形状记忆高聚物的种类（三）形状记忆高聚物的应用一、形状记忆效应二、形状记忆效应的机理(Mechanism)三、相变超弹性(Pseudoelasticity)四、形状记忆合金材料(SMAMaterials)

五、形状记忆合金的应用(Applications)六、材料学方面的问题(Problems)形状记忆合金形状记忆效应:1961年美国海军军械实验室首先研究了Ni-Ti合金的形状记忆效应。在一次试验中他们将试验用弯曲的镍-钛合金丝拉直后升温试验时，发现已经被拉直的镍-钛合金丝突然又全部恢复到原来弯曲的形状,而且和原来一模一样,具有良好的形状记忆效应。☞合金的这种记忆效应是由合金的“相变化”来实现的，随着温度的改变，合金的结构从一相转变到另一相。☞记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。形状记忆效应

形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。(1)单程记忆效应（2）双程记忆效应

某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。（3）全程记忆效应

加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。三种记忆效应如下图所示。

目前，已开发成功的形状记忆合金有TiNi基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。

钢淬火变硬的现象图11.1马氏体相变晶体学模型f.c.c.b.c.c马氏体相变二、形状记忆效应的机理马氏体相变平面示意图马氏体相变的基本特征无扩散切变型相变点阵不变平面应变固定取向关系马氏体片内具有亚结构相变具有可逆性临界转变温度☞马氏体相变与其他相变一样，具有可逆性。当冷却时，由高温母相变为马氏体相，称为冷却相变，用Ms、Mf分别表示马氏体相变开始与终了的温度。☞加热时发生马氏体逆变为母相的过程。该逆相变的起始和终止温度分别用As与Af表示。马氏体相变的一些临界温度☞一般材料的相变温度滞后（As-Ms）非常大，例如Fe-Ni合金约400℃。各个马氏体片几乎在瞬间就达到最终尺寸，一般不会随温度降低而再长大。☞在记忆合金中，相变滞后程度小，例如Au-47.5%Cd（原子分数）合金的相变滞后仅为15℃。冷却过程中形成的马氏体会随着温度变化而继续长大或收缩，母相与马氏体相的界面随之进行弹性式的推移。

形状记忆效应与其组织变化有关，这种组织变化就是马氏体相变。形状记忆合金应具备以下三个条件：①马氏体相变是热弹性类型的；②马氏体相变通过孪生(切变)完成，而不是通过滑移产生；③母相和马氏体相均属有序结构。

由母相中形成马氏体时，产生一定的应变。显然，不同取向的马氏体变体的应变在母相中的方向是不同的。当某一变体在母相中形成时，产生某一方向的应变场，随变体的长大，应变能不断增加，变体的长大越来越困难。为降低应变能，在已形成的变体周围会形成新的变体，新变体的应变方向与已形成的变体的应变场互相抵消或部分抵消。有均匀体积变化，无明显形状改变。马氏体的自适应形成

对组织为自适应马氏体的样品施加外力时，在较小的应力作用下，马氏体变体以其应变方向与外加应力相适应而再取向。

即变体的应变方向与外加应力方向最接近的变体通过吞并其它应变方向与外加应力不相适应的变体而长大，直至整个样品内的各个不同取向的变体最终转变成一个变体。样品显示出宏观形状的变化。卸去应力后，变形保持下来。

马氏体的再取向

只有将其加热到Af以上，由于热弹性马氏体在晶体学上可逆性，也就是在相变中形成的各个马氏体变体和母相的特定位向的点阵存在严格的对应关系，因此逆相变时，只能回到原有的母相状态，这样也就回复到原状。这就是形状记忆的基本原理。由上述讨论可知，具有形状记忆效应的合金应具备如下条件：①马氏体相变是热弹性的；但只是必要条件②马氏体点阵的不变切变为孪变，亚结构为孪晶或位错；⑦母相和马氏体均为有序点阵结构；④相变时在晶体学上具有完全可逆性。☞必须指出的是：近来开发的铁系等少量合金通过非热弹性马氏体相变也可显示形状记忆效应，因此热弹性马氏体并不是具有形状记忆效应的必要条件。☞近年来，在陶瓷材料、高分子材料也发现了记忆效应。三、相变超弹性

马氏体还可由应力诱发产生，在高于Ms的某一温度（Md）以下对合金施加外力引起马氏体相变所形成的马氏体称应力诱发马氏体。应力去除后，变形马氏体又变回该温度下的稳定母相，恢复母相原来形状，应变消失,这种现象称超弹或伪弹性☞应力诱发马氏体相变的合金的马氏体数量为外加应力的函数，即当施加的外应力增加时，母相转变成马氏体相的数量增加，当应力减少时则进行逆相变使母相增多。☞外应力对诱发相变的作用不仅与合金种类有关，而且受试验温度的影响。在Ms以上，某一定温度以下，应力或形变会导致马氏体的形成，将此温度称为Md温度。

形状记忆过程马氏体自适应形（Ms

–Mf）宏观均匀变形，无明显形状变化马氏体再取向（Mf以下施加一定限度内的应力），有明显形状变化马氏体逆转变回母相，形状变化消失施加应力马氏体沿应力方向择优形成（Md以下），有明显形状变化卸除应力马氏体逆转变回母相（Af以上），形状变化消失超弹性过程四、形状记忆合金材料

已发现的形状记忆合金种类很多，可以分为Ti-Ni系、铜系、铁系合金三大类。目前已实用化的形状记忆合金只有Ti-Ni系合金和铜系合金。1、Ni-Ti形状记忆合金

基本特点：具有良好的力学性能，抗疲劳，耐磨损，抗腐蚀。记忆效应优良、生物相容性好等一系列的优点。但制造过程较复杂、价格高昂。

用极薄的记忆合金材料先在正常情况下按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放到舱面上以后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球形。

注意：实用成分的TiNi合金在固溶处理后，如果随后的冷却不够快(如炉冷)，就会产生Ti2Ni和Ni3Ti这三个金属间化合物，由于这两种相不具有可逆性，因而破坏了形状记忆效果。需要尽量避免该类相的产生。基本相－TiNi相：☞表征材料记忆性能的主要参数：包括记忆合金随温度变化所表现出的形状回复程度，回复应力，使用中的疲劳寿命，也就是经历一定热循环或应力循环后记忆特性的衰减情况。此外，相变温度及正、逆相变的温度滞后更是关键参数。☞影响记忆特性主要参数的因素有：合金的成分、成材工艺、热处理(包括冷、热加工)条件及其使用情况等。

1)成分：是最敏感因素之一：Ni含量每增加0.1％，相变温度降低10℃。2)第三元素:Fe、Co可降低Ms；Cu置换Ni可减少相变滞后，节约合金成本；Nb使相变滞后明显增加；开发的宽滞后记忆合金。3)杂质元素:碳、氢、氧等降低Ms。4)时效温度、时效时间明显影响相变温度。(2)影响相变温度的因素(3)合金制备

☞由高纯电介镍与海绵钛作原料，采用高频感应炉与自耗炉(电弧熔炼法)或等离子体与电弧熔炼法获得了TiNi合金铸锭。☞随后在700~800℃进行热加工，包括模锻、挤压及轧制。丝状产品可通过冷拔，每次加工率小于20％，为消除加工硬化，冷加工期间可在700-800℃进行多次退火。五、形状记忆合金的应用(Applications)

形状记忆合金在工程上的应用很多，最早的应用就是作各种结构件，如紧固件、连接件、密封垫等。另外，也可以用于一些控制元件，如一些与温度有关的传感及自动控制。1.工业上的应用⑴连接件：用作连接件，是形状记忆合金用量最大的一项用途。连接方法是预先将管接头内径做成比待接管外径小4%，在Ms以下马氏体非常软，可将接头扩张插入管子，在高于As的使用温度下，接头内径将复原。(a)成型(T>Af)(b)弯曲应变(T<Mf)

(c)插入(T<Mf)

(d)加热(T>Af工作温度)

形状记忆合金铆接件铆接示意图

利用形状记忆合金也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时，记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。SMA火灾报警器

在航天上，可用形状记忆合金制作航天用天线，将合金在母相状态下焊成抛物面形，在马氏体状态下压成团，送上太空后,在阳光加热下又恢复抛物面形。此外，超弹性合金作为机械储能材料也很有前景。利用超弹性可制作手机天线、眼镜架、胸衣托架、耳机托架等。用记忆合金制作的眼镜架。当这种眼镜架弯曲时，只要将它放入55。C的温水中，即可恢复到原来的形状。各种医用引导丝和支架MedicalcatheterandStents六、材料学方面的问题形状记忆合金在应用上还存在不少材料学方面的问题.⑴相变点调整：相变点与合金种类、成分及热处理条件有关,尤其对成分非常敏感。如Ti-Ni合金Ni含量(at)由50%变到51%时，Ms点则由60℃变到-30℃，As点由78℃变到-12℃。对Ti-Ni合金可用不同相变点粉末混合,使相变点控制在±2℃之内。⑵淬透性：合金缓冷时大多要发生共析分解，需要提高淬透性,可通过合金化解决。如在Cu-Zn合金中加Al.11.3电流变流体一、电流变流体的概念在电场作用下，材料的流变性质发生变化，称之为电场致流变效应，简称电流变效应。具有电流变效应的流体均可称为电流变流体。电流变流体是指一种含有两相或两相以上的悬浮体，在外加电场作用下，能在极短时间内，其流变性能发生显著变化，如表观粘度和弹性模量剧增几个数量级，由液体向固体转变，这种转变是可逆的，电场除去后，固体很快变回成液体。二、电流变效应的机理三、电流变流体的组成和种类四、电流变流体的应用前景11.4机敏窗口一、机敏窗口的概念电色窗口是一种利用电致变色原理，由基体玻璃和电致变色系统构成的一种窗口。这种窗口在外电场作用下，引起颜色的可逆变化，从而可调节其对光的吸收率、透过率和反射率三者的比例关系。因而是一种光、热可调性窗口。由于具有调节执行功能，又称之为机敏窗口。二、机敏窗口的特征值和对它的要求三、机敏窗口的结构四、机敏窗口的调光和调热原理五、电致变色层（一）无机电致变色材料（二）高聚物电致变色材料（三）复合型电致变色材料六、离子导体层七、离子储存层八、透明导电层九、机敏窗口的制备方法十、机敏窗口的种类、发展方向和应用前景11.5刺激效应型高聚物一、刺激响应型高聚物的概念刺激响应型高聚物是一类对于外界环境微小物理或化学刺激能发生迅速响应，而使自身的某些物理或化学性质发生相应突变的聚合物。二、刺激响应水凝胶（一）高聚物水凝胶的溶胀机理（二）刺激响应水凝胶的种类三、其他刺激响应型高聚物（一）温度响应高聚物（二）刺激响应高聚物水溶液（三）载体表面的刺激响应高聚物（四）刺激响应高聚物膜（五）刺激响应高聚物的应用11.6高分子人工肌肉材料一、高分子人工肌肉材料的概念天然肌肉的主要特征之一是将化学能等温高效地直接转变为机械能。高分子人工肌肉材料：具有天然肌肉将化学能等温高效地直接转变为机械能的特性的材料。(收缩性差距)二、高分子人工肌肉的特征值和对它的要求三、高分子人工肌肉的种类、发展动向和应用前景（一）MC型人工肌肉（二）EMC型人工肌肉11.