仿生智能材料 (2)

1、仿生智能材料第一頁，共12頁。第二頁，共12頁。概念概念類似生物材料那樣的具有類似生物材料那樣的具有智能屬性智能屬性的材料，具備自的材料，具備自感知、自診斷、自適應(yīng)、自修感知、自診斷、自適應(yīng)、自修復(fù)復(fù)等功能等功能其概念來源于功能材料，功能材料能對外界刺激進行感知，有些還可以做出響其概念來源于功能材料，功能材料能對外界刺激進行感知，有些還可以做出響應(yīng)。應(yīng)。第三頁，共12頁。設(shè)計原理壓電壓電+電熱材料電熱材料=阻尼材料阻尼材料壓電壓電+pH致伸縮材料致伸縮材料=生物材料生物材料光電光電+電致變色材料電致變色材料=智能玻璃智能玻璃壓電壓電+電致變色材料電致變色材料=示警材料示警材料第四頁，共12頁。

2、智能金屬材料智能金屬材料具有自檢知、自判斷、自行動的自我控具有自檢知、自判斷、自行動的自我控制制和修復(fù)的功能和修復(fù)的功能典型的是典型的是形狀記憶材料形狀記憶材料SMA高溫處理一定形狀的金屬急冷后塑性變高溫處理一定形狀的金屬急冷后塑性變形為形為另一種形式，再加熱至高溫后，通過馬另一種形式，再加熱至高溫后，通過馬氏體氏體逆相變恢復(fù)到低溫變形前的形狀的現(xiàn)象稱逆相變恢復(fù)到低溫變形前的形狀的現(xiàn)象稱為為形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)第五頁，共12頁。形狀記憶合金形狀記憶合金SMA歐洲航天計劃研制出來數(shù)種被稱作形狀記憶合金的歐洲航天計劃研制出來數(shù)種被稱作形狀記憶合金的奇異材料，這些材料可以像橡皮筋一樣拉伸，但是能

3、奇異材料，這些材料可以像橡皮筋一樣拉伸，但是能夠記住初始形狀，拉伸之后一旦加熱到一定溫度就會夠記住初始形狀，拉伸之后一旦加熱到一定溫度就會變回原來的形狀。變回原來的形狀。形狀記憶合金可以用作航天器上的輕型溫度控制調(diào)形狀記憶合金可以用作航天器上的輕型溫度控制調(diào)節(jié)器。在太空中形狀記憶合金可以被用來在航天器發(fā)節(jié)器。在太空中形狀記憶合金可以被用來在航天器發(fā)射之后釋放太陽能電池板；形狀記憶合金在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域射之后釋放太陽能電池板；形狀記憶合金在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有很多應(yīng)用，其中一項應(yīng)用就是控制牙齒移動的正牙有很多應(yīng)用，其中一項應(yīng)用就是控制牙齒移動的正牙彈簧。另外一個使用形狀記憶合金技術(shù)的醫(yī)學(xué)儀器就彈簧。另外一個使用形

4、狀記憶合金技術(shù)的醫(yī)學(xué)儀器就是一個非常細的管子，這個管子可以插入血管里，到是一個非常細的管子，這個管子可以插入血管里，到達損壞的血管之后再變回原來大小。達損壞的血管之后再變回原來大小。第六頁，共12頁。智能高分子材料智能高分子材料能感覺周圍環(huán)境變化，而且針對環(huán)境的變化能做出響應(yīng)對策的高分子材料。能感覺周圍環(huán)境變化，而且針對環(huán)境的變化能做出響應(yīng)對策的高分子材料。高分子水凝膠高分子水凝膠是水溶性高分子經(jīng)適度交聯(lián)形成伸縮性三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與水組成是水溶性高分子經(jīng)適度交聯(lián)形成伸縮性三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與水組成的多元體系的多元體系,受到環(huán)境刺激的時候隨之響應(yīng)受到環(huán)境刺激的時候隨之響應(yīng),是一種智能高分子材料。根據(jù)是一種

5、智能高分子材料。根據(jù)水凝膠對環(huán)境刺激響應(yīng)的不同水凝膠對環(huán)境刺激響應(yīng)的不同,可分為物理刺激響應(yīng)水凝膠、化學(xué)刺激響應(yīng)可分為物理刺激響應(yīng)水凝膠、化學(xué)刺激響應(yīng)水凝膠和多重響應(yīng)水凝膠。水凝膠和多重響應(yīng)水凝膠。 N-異丙基丙烯酰胺異丙基丙烯酰胺是丙烯酰胺衍生物單體，由于分子內(nèi)有親水性的酰胺基是丙烯酰胺衍生物單體，由于分子內(nèi)有親水性的酰胺基和疏水性的異丙基，使其均聚物具有較低的臨界溶解溫度等良好特性，和疏水性的異丙基，使其均聚物具有較低的臨界溶解溫度等良好特性，主要用于制造具有感溫特性的聚合物凝膠。主要用于制造具有感溫特性的聚合物凝膠。紅外光譜紅外光譜利用利用溶脹收縮溶脹收縮循環(huán)用于化學(xué)閥、吸附分離、傳感器

6、和記憶材料；循環(huán)用于化學(xué)閥、吸附分離、傳感器和記憶材料；循環(huán)提供循環(huán)提供的動力的動力可設(shè)計可設(shè)計“化學(xué)發(fā)動機化學(xué)發(fā)動機”；網(wǎng)孔可控性網(wǎng)孔可控性適用于藥物釋放體系。適用于藥物釋放體系。第七頁，共12頁。這是來自伊萊克斯的生物冰箱，當然還是概念的。采用的是生物機器人的這是來自伊萊克斯的生物冰箱，當然還是概念的。采用的是生物機器人的高分子高分子凝膠技術(shù)凝膠技術(shù)冷卻，設(shè)計上舍棄了門和抽屜，而是采用的凝膠，能夠全方位的圍冷卻，設(shè)計上舍棄了門和抽屜，而是采用的凝膠，能夠全方位的圍繞食品，當然目前沃壤看來還這能是水果蔬菜等一些未加工過的食品儲藏。繞食品，當然目前沃壤看來還這能是水果蔬菜等一些未加工過的食品儲

7、藏。它更加方便了擺設(shè)，懸掛，甚至放在天花板上也是沒有問題的，還可以根據(jù)它更加方便了擺設(shè)，懸掛，甚至放在天花板上也是沒有問題的，還可以根據(jù)您需要的尺寸進行大小的修改。您需要的尺寸進行大小的修改。第八頁，共12頁。智能纖維智能纖維有有傳感、執(zhí)行、調(diào)節(jié)適應(yīng)傳感、執(zhí)行、調(diào)節(jié)適應(yīng)功能功能分為光學(xué)纖維、導(dǎo)電纖維、分為光學(xué)纖維、導(dǎo)電纖維、形記形記憶纖維憶纖維、變色纖維、壓電陶瓷纖、變色纖維、壓電陶瓷纖維、蓄熱纖維、調(diào)溫和調(diào)濕纖維維、蓄熱纖維、調(diào)溫和調(diào)濕纖維等。等。第九頁，共12頁。形狀記憶纖維形狀記憶纖維熱成型時（第一次成型）能記憶外界賦予的形狀（熱成型時（第一次成型）能記憶外界賦予的形狀（初始形狀初始形狀

8、），），冷卻冷卻時時可可任意形變?nèi)我庑巫?，并在，并在更低溫度更低溫度下將此形變下將此形變固定固定下來（第二次成型），下來（第二次成型），當當再次加熱再次加熱時能可逆時能可逆恢復(fù)恢復(fù)到原始形狀?？筛鶕?jù)外部環(huán)境變化，促使形狀到原始形狀?？筛鶕?jù)外部環(huán)境變化，促使形狀纖維完成上述循環(huán)的因素還可以有光能、電能和聲能等物理因素以及纖維完成上述循環(huán)的因素還可以有光能、電能和聲能等物理因素以及酸堿度、螯合反應(yīng)和相變反應(yīng)等。酸堿度、螯合反應(yīng)和相變反應(yīng)等。最普遍的形狀記憶纖維是最普遍的形狀記憶纖維是鎳鎳鈦合金纖維鈦合金纖維。應(yīng)用于防燙服裝，接觸應(yīng)用于防燙服裝，接觸高溫時纖維變形形成空高溫時纖維變形形成空腔，讓高溫

9、遠離人體皮腔，讓高溫遠離人體皮膚，達到防燙效果。膚，達到防燙效果。第十頁，共12頁。Luminex發(fā)光材料發(fā)光材料發(fā)明者：發(fā)明者：Luminex公司公司這種材料其實應(yīng)該早在這種材料其實應(yīng)該早在“迪斯科時代迪斯科時代”就問世。就問世。Luminex是一種新型材料，它不僅能在黑暗中發(fā)光，還是一種不折不扣是一種新型材料，它不僅能在黑暗中發(fā)光，還是一種不折不扣的光源。的光源。Luminex發(fā)光材料的能源來自被置入織物內(nèi)部的普通電池，發(fā)光材料的能源來自被置入織物內(nèi)部的普通電池，科學(xué)家們采用用于物理實驗的超薄光學(xué)纖維加工而成。目前已科學(xué)家們采用用于物理實驗的超薄光學(xué)纖維加工而成。目前已經(jīng)開始利用這種材料為

10、流行歌星制做光華四射的演出盛裝、制經(jīng)開始利用這種材料為流行歌星制做光華四射的演出盛裝、制做女士手提包和窗簾飾品。做女士手提包和窗簾飾品。 時代時代雜志曾公布的火爆的發(fā)明雜志曾公布的火爆的發(fā)明 光學(xué)纖維光學(xué)纖維第十一頁，共12頁。仿生應(yīng)用于工程設(shè)想仿生應(yīng)用于工程設(shè)想在設(shè)計用作組織工程細胞外基質(zhì)時，模仿天然細胞外基質(zhì)的人工細胞外基質(zhì)材在設(shè)計用作組織工程細胞外基質(zhì)時，模仿天然細胞外基質(zhì)的人工細胞外基質(zhì)材料是一有效的構(gòu)想。料是一有效的構(gòu)想。以寡聚糖模擬細胞膜結(jié)構(gòu)制備非吸附表面，在作為抗血栓材料表面修飾有潛在以寡聚糖模擬細胞膜結(jié)構(gòu)制備非吸附表面，在作為抗血栓材料表面修飾有潛在應(yīng)用價值。應(yīng)用價值。一種自行愈合的混凝土，當其裂開時，里面裝的空心纖維也會裂開，一種自行愈合的混凝土，當其裂開時，里面裝的空心纖維也會裂開，釋放出黏結(jié)修補劑把裂紋粘在一起，防止混凝土斷裂。釋放出黏結(jié)修補劑把裂紋粘在一起，防止混凝土斷裂。用嵌入法制得的形狀記憶纖維及熱固、熱塑性復(fù)合材料對于控用嵌入法制得的形