人們對于“智能”的定義

    自從喬布斯“重新”發明了手機以來，短短幾年時間智能手機風暴可謂席卷全球，已經深刻改變了人們的生活方式。但是智能設備的發展不可能就此停滯，人類創新的步伐也不可能就此止步。依托于信息技術的智能手機，其“智能”更多的是表現在人與人之間的互聯，以及信息交互的便利之上，但這并不是智能的全部定義，如果智能材料能夠發展成熟并得到大范圍的推廣，將無疑能夠革新人們對于“智能”的認識。智能材料制作的可穿戴設備，將如同具有生命一般感知每個人不同的身體特征，感知周圍環境發生的變化，甚至能夠做出反應幫助人類。

    1、定義

    智能材料（Intelligent material），是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當處理且本身可執行的新型功能材料。智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設計材料之后的第四代材料，是現代高技術新材料發展的重要方向之一，將支撐未來高技術的發展，使傳統意義下的功能材料和結構材料之間的界線逐漸消失，實現結構功能化、功能多樣化。科學家預言，智能材料的研制和大規模應用將導致材料科學發展的重大革命。一般說來，智能材料有七大功能，即傳感功能、反饋功能、信息識別與積累功能、響應功能、自診斷能力、自修復能力和自適應能力。

    2、構成

    一般來說智能材料由基體材料、敏感材料、驅動材料和信息處理器四部分構成。

    （1）基體材料基體材料擔負著承載的作用，一般宜選用輕質材料。一般基體材料首選高分子材料，因為其重量輕、耐腐蝕，尤其具有粘彈性的非線性特征。其次也可選用金屬材料，以輕質有色合金為主。

    （2）敏感材料敏感材料擔負著傳感的任務，其主要作用是感知環境變化（包括壓力、應力、溫度、電磁場、PH值等）。常用敏感材料如形狀記憶材料、壓電材料、光纖材料、磁致伸縮材料、電致變色材料、電流變體、磁流變體和液晶材料等。

    （3）驅動材料因為在一定條件下驅動材料可產生較大的應變和應力，所以它擔負著響應和控制的任務。常用有效驅動材料如形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等。可以看出，這些材料既是驅動材料又是敏感材料，顯然起到了身兼二職的作用，這也是智能材料設計時可采用的一種思路。

    （4）其它功能材料包括導電材料、磁性材料、光纖和半導體材料等。

    （5）信息處理器信息處理器是核心部分，他對傳感器輸出信號進行判斷處理。

    3、分類

    可用于智能材料的材料種類在不斷擴大，因此智能材料的分類方法很多。一般若按功能來分可以分為光導纖維、形狀記憶合金、壓電、電流變體和電 （磁）致伸縮材料等。若按來源來分，可以分為金屬系智能材料、無機非金屬系智能材料和高分子能材料的應用系智能材料。金屬系智能材料目前所研究開發的主要有形狀記憶合金和形狀記憶復合材料兩大類；無機非金屬系智能材料在電流變體、壓電陶瓷、光致變色和電致變色材料等方面發展較快；高分子系智能材料的范圍很廣泛；有高分子凝膠、智能高分子膜材、智能型藥物釋放體系和智能高分子基復合材料等。

    4、幾種常見的智能材料

    （1）壓電材料

    壓電材料是一種能夠實現電能與機械能相互轉化的機敏材料，壓電材料主要包括無機壓電材料、有機壓電材料和壓電復合材料3類。居里（Curie）兄弟在對石英晶體的介電現象和晶體對稱性的試驗研究中發現了壓電效應，壓電效應分為正壓電效應和逆壓電效應2種情況。當機械力作用在其上時，內部正負電荷中心發生相對位移而產生電的極化，就是正壓電效應。

    （2）形狀記憶合金

    形狀記憶合金是自執行智能材料的一種。20世紀60年代美國海軍軍械研究所的Buehler在研究中發現了鎳鈦（Ni-Ti）合金具有“形狀記憶效應”，并以此為基礎研究了形狀記憶合金。利用這一特性可以制成理想驅動器，因其被加熱至奧氏體溫度時，可自行恢復到原形狀。其通常以細絲狀態用于智能結構，主要適合于低能量要求的低頻和高撞擊應用。目前形狀記憶材料已經形成了相對較大的一個門類，主要分為：形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷、形狀記憶聚合物。

    （3）電流變液

    電流變液也是自執行智能材料的一種，是與磁流變體性能極為相似的混合物。這種材料在常態下是流體，其中自由分布著許多細小可極化懸浮顆粒，當這種流體處于電場或磁場中，在電場或磁場的作用下，其中的懸浮顆粒很快形成鏈狀，從而形成具有一定屈服強度的半固體，這樣的電流變體或磁流變體具有響應快、阻尼力大、功耗小的特點。

    結語

    智能材料是一種集材料與結構、智然處理、執行系統、控制系統和傳感系統于一體的復雜的材料體系。它的設計與合成幾乎橫跨所有的高技術學科領域。構成智然材料的基本材料組元有壓電材料、形狀記憶材料、光導纖維、電（磁）流變液、磁致伸縮材料和智然高分子材料等。智然材料的出現將使人類文明進入一個新的高度，但目前距離實用階段還有一定的距離。

    今后的研究重點包括以下六個方面：

    （1）智能材料概念設計的仿生學理論研究

    （2）材料智然內稟特性及智商評價體系的研究

    （3）耗散結構理論應用于智能材料的研究

    （4）機敏材料的復合-集成原理及設計理論

    （5）智能結構集成的非線性理論

    （6）仿人智能控制理論