（李岩）智能材料2016(1).ppt

智能材料 Intelligent Materials,李 岩北京航空航天大学材料科学与工程学院2016年春季,材料科学与工程前沿之智能材料,美国太空探索技术公司SpaceX首次成功回收“猎鹰9号”火箭,2015年12月21日晚从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空，发射10分钟后一级火箭成功着陆地面平台首次实现安全回收；2016年4月8日实现海上平台一级火箭回收；2016年5月6日再次实现海上平台一级火箭回收；,意义：造价高昂的火箭自此摆脱“一次性”用品角色，从而大幅缩减太空旅行花销，预期发射成本将降低99%。可重复使用的火箭有助于人类实现前往火星的载人任务，搭载登陆火星的宇航员重返地球。,智能材料在航空航天飞行器安全监测中的应用,DC-XA：美国麦道公司实验型空间飞行器。垂直起降，可重复使用，1993年首飞。,智能材料的发展历史,在同一时期，在日本也开展了空间结构震动控制的研究。并提出智能材料（intelligent materials）是21世纪材料发展的方向之一。,1970年代McDonnell-Douglas公司在机翼上埋设光纤及神经网络系统，从而实现了对机翼从生产制造到服役操作整个寿命期间的实时监控。由此，“smart”一词广为应用。,在八十年代初，美国NASA就空间结构用主动控制减振框架的结构进行了研究。,天然气管道的事故往往造成重大损失。智能材料在石油及天然气管道的安全监测领域将发挥重要的作用。,以激光武器为代表的未来空天军“杀手锏”武器需要智能材料进行超静度隔振、致稳，高精度定位、瞄准。,安静型潜艇智能减振技术、第五代战斗机的智能蒙皮和微小型飞行器的飞行驱动结构等都依赖于智能材料的关键基础问题的解决。,智能材料是近年来提出的一类新型材料。它可以具有类似于生物体反应的机能，既有感知,又有驱动的功能,有的本身就可以构成一个智能系统,有的需要加入反馈，才能构成一个完整的智能系统。智能材料是今后新材料发展的热点之一。摘自 师昌绪主编材料大辞典,智能材料的学术研究情况,主要学术会议：SPIE-Smart materials and structures（美国）International Conference on Smart materials and Nanotechnology in Engineering（源于中国2007）中国材料大会（原中国材料研讨会）智能材料分会,主要学术期刊Journal of Intelligent Materials System and Structures(SCI,England,1990)Smart Materials and Structures(SCI,England,1992)Smart Structures and Systems(SCI,South Korea,2005)International Journal of Smart and Nano materials（England,2010）Smart materials research(Egypt,2011),智能材料名称的演变自适应材料与结构（Adaptive materials and structures）机敏材料（Smart materials）机敏材料与结构（Smart materials and structures）智能材料与结构（Intelligent materials andstructures）智能材料系统（Intelligent materials systems）,智能材料,材料自适应(self-adaptive),材料自适应：对环境变化因素自发做出的适应性反应。,变色眼镜机理：,材料对外场信号的反应,具有感知和传递功能的材料,一个智能材料系统的工作示意图,部分具备输出力功能的材料,具有感知和执行功能的智能材料,形状记忆材料磁致伸缩材料压电材料电致伸缩陶瓷电（磁）流变体光纤材料智能高分子材料,形状记忆材料,形状记忆合金：TiNi、Ni2MnGa形状记忆陶瓷：ZrO2 形状记忆高分子：苯乙烯/丁二烯共聚物,形状记忆合金用于飞行器控制,形状记忆合金智能机翼,磁致伸缩材料,磁致伸缩：磁性材料在磁场中磁化时，它沿磁场方向的长度发生伸长和缩短，这一现象称为磁致伸缩。可实现电/磁能和机械能之间的转换。,磁致伸缩材料：金属系：(s:307010-6)Ni-Fe铁氧体系：(s:306010-6)Ni-Co铁氧体稀土化合物系：(s:100250010-6)TbDyFe合金（超磁致伸缩材料）,超磁致伸缩材料 TbDyFe合金,定向凝固TbDyFe合金,超磁致伸缩TbDyFe材料的广泛应用均通过作动器来实现其功能。,水下发射型声纳是稀土超磁致伸缩材料最早和最重要的应用，主要用于水下通讯、探测、侦察、伪装和制导等军事用途，还可用于捕渔、海底测绘、油井井深探测、输油管道堵塞探测等其它用途。,