工程建筑材料與人居環(huán)境經典范文之淺談工程建筑智能匯報材料

1、 . . 6/6智能材料何謂智能材料?現在還沒有嚴格的定義，但一般說來，它指的是能感知環(huán)境條件并做出相應“行動”的材料。智能材料的行為與生命體的智能反應有點類似。舉一個簡單的例子，太陽鏡片中就含有某種材料，這種智能材料能感知周圍的光，并能對光的強弱做出判斷：當周圍的光很強時，它就自行變暗：當光較弱時，它又變得透明起來智能材料（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(zhí)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(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結構材

2、料之間的界線逐漸消失，實現結構功能化、功能多樣化?？茖W家預言，智能材料的研制和大規(guī)模應用將導致HYPERLINK :/baike.baidu /view/22775.htm材料科學發(fā)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。 現在，科學家們正集中力量研制使橋梁、高大的建筑設施以與地下管道等能自診其“健康”狀況，并能自行“醫(yī)治疾病”的材料。這方面，美國伊得諾大學的研究已初見成效，該大學建筑研究中心的卡羅琳?德賴開發(fā)出了兩種“自愈合”纖維，這兩種纖維能分別感知混凝土中的裂縫和鋼筋的腐蝕，粘合裂縫的纖維是用玻璃

3、絲和聚丙稀制成的多孔中空纖維，將其滲入混凝土中，在混凝土過度撓曲時，它被撕裂，從而釋放出一些化學物質，來充填和粘合混凝土中的裂縫。德賴開發(fā)的另一種纖維能感知造成鋼筋腐蝕的酸度。若把這種纖維包在鋼筋周圍，當鋼筋周圍的酸度達到一定值時，纖維的涂層溶解，從纖維中釋放出阻止混凝土中的鋼筋被腐蝕的物質。 在醫(yī)療方面，智能材料還被應用于藥物自動釋放系統(tǒng)上。日本東京女子醫(yī)學院已經推出一種能根據血液中的葡萄糖濃度而擴和收縮的聚合物。葡萄糖濃度低時，該聚合物會縮成小球，葡萄糖濃度高時，小球會伸展成帶。借助這一特性。這一聚合物可制成人造胰細胞。將這種（“這種”兩字下面加點）聚合物包封的胰島素小球注入糖尿病患者的血

4、液中，小球就可 以模擬胰細胞工作，血液中的血糖濃度高時，小球釋放出胰島素，血糖濃度低時，胰島素被密封。這樣，病人的血糖濃度就會始終保持正常的水平。 英國科學家還在研制一種能讓殘疾兒童借助它“說話”的智能化衣料。殘疾兒童穿上由這種獨特的電子紡織材料制成的馬甲，連接一個語音合成器，就可以簡單地通過輕拍這種觸敏性材料使別人明白他的意思。把這種材料與適當的電子儀器連接起來，將帶來新型外衣的問世。把主板集成在襪子里以提醒穿著者新鞋子是否會磨腳，或者將其放入袖子里，乃至足球衣中，讓裁判知道何時被人拉扯過?？梢杂迷摬牧现瞥傻靥海詸z測走過它的“入侵者”：或者制成汽車坐墊，能感受乘客體重的分布，調整合適的承受

5、力.智能材料目前還沒有統(tǒng)一的定義。不過，現有的智能材料的多種定義仍然是小異。大體來說，智能材 HYPERLINK :/baike.baidu /albums/35283/35283/0/0.html#0$ac2fc3c4b36b60f038db494a智能材料料就是指具有感知環(huán)境(包括環(huán)境和外環(huán)境)刺激，對之進行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進行適度響應的智能特征的材料。具體來說，智能材料需具備以下涵： (1)具有感知功能，能夠檢測并且可以識別外界(或者部)的刺激強度，如電，光，熱，應力，應變，化學，核輻射等； (2)具有驅動功能，能夠響應外界變化； (3)能夠按照設定的方式選擇和控制響應

6、； (4)反應比較靈敏,與時和恰當； (5)當外部刺激消除后,能夠迅速恢復到原始狀態(tài)。 智能材料又可以稱為敏感材料，其英文翻譯也有若干種，常用的有Intelligent material，Intelligent material and structure，Smart material，Smart material and structure，Adaptive material and structure等.。 分類作為一種新型材料，一般認為，智能材料由HYPERLINK :/baike.baidu /view/16431.htm傳感器或敏感元件等與傳統(tǒng)材料結合而成。這種材料可以自我發(fā)現故障，

7、自我修復，并根據實際情況作出優(yōu)化反應，發(fā)揮控制功能。 智能材料可分為兩大類： （1）嵌入式智能材料，又稱智能材料結構或智能材料系統(tǒng)。在基體材料中，嵌入具有傳感、動作和處理功能的三種原始材料。傳感元件采集和檢測外界環(huán)境給予的信息，控制處理器指揮和激勵驅動元件，執(zhí)行相應的動作。 （2）有些材料微觀結構本身就具有智能功能，能夠隨著環(huán)境和時間的變化改變自己的性能，如自濾玻璃、受輻射時性能自衰減的InpHYPERLINK :/baike.baidu /view/19928.htm半導體等。 這只是一種比較籠統(tǒng)的分類方法，由于智能材料還在不斷的研究和開發(fā)之中，因此相繼又出現了許多具有智能結構的新型的智能材

8、料。如，HYPERLINK :/baike.baidu /view/3565.htm英國宇航公司在導線傳感器，用于測試飛機蒙皮上的應變與溫度情況；英國開發(fā)出一種快速反應形狀記憶合金，壽命期具有百萬次循環(huán)，且輸出功率高，以它作制動器時、反應時間，僅為10分鐘；在HYPERLINK :/baike.baidu /view/52480.htm壓電材料、HYPERLINK :/baike.baidu /view/132326.htm磁致伸縮材料、導電高分子材料、HYPERLINK :/baike.baidu /view/832522.htm電流變液和HYPERLINK :/baike.baidu /v

9、iew/1214676.htm磁流變液等智能材料驅動組件材料在航空上的應用取得大量創(chuàng)新成果。 實際成果在建筑方面，科學家正集中力量研制使橋梁、高大的建筑設施以與地下管道等能自診其“健康”狀況，并 HYPERLINK :/baike.baidu /albums/35283/35283/0/0.html#0$5af4d7ea777bd7e8d439c956智能材料能自行“醫(yī)治疾病”的材料。英國科學家已開發(fā)出了兩種“自愈合”纖維。這兩種纖維能分別感知混凝土中的HYPERLINK :/baike.baidu /view/626716.htm裂紋和鋼筋的腐蝕，并能自動粘合混凝土的裂紋或阻止鋼筋的腐蝕。粘

10、合裂紋的纖維是用玻璃絲和聚丙烯制成的多孔狀中空纖維，將其摻入混凝土中后，在混凝土過度撓曲時，它會被撕裂，從而釋放出一些HYPERLINK :/baike.baidu /view/2412831.htm化學物質，來充填和粘合混凝土中的裂縫。防腐蝕纖維則被包在鋼筋周圍。當鋼筋周圍的酸度達到一定值時，纖維的涂層就會溶解，從纖維中釋放出能阻止混凝土中的鋼筋被腐蝕的物質。 在飛機制造方面，科學家正在研制具有如下功能的智能材料：當飛機在飛行中遇到渦流或猛烈的逆風時，機翼中的智能材料能迅速變形，并帶動機翼改變形狀，從而消除渦流或逆風的影響，使飛機仍能平穩(wěn)地飛行。可進行損傷評估和壽命預測的飛機自診斷監(jiān)測系統(tǒng)。

11、該系統(tǒng)可自行判斷突然的結構損傷和累積損傷，根據飛行經歷和損傷數據預計飛機結構的壽命，從而在保證安全的情況下，大大減少停飛檢修次數和常規(guī)維護費用，使商業(yè)飛機能獲得可觀的經濟效益。此外，還有人設想用智能材料制成涂料，涂在機身和機翼上，當機身或機翼出現應力時，涂料會改變顏色，以此警告。 在醫(yī)療方面，智能材料和結構可用來制造無需馬達控制并有觸覺響應的假肢。這些假肢可模仿人體肌肉的平滑運動，利用其可控的形狀回復作用力，靈巧地抓起易碎物體，如盛滿水的紙杯等。藥物自動投放系統(tǒng)也是智能材料一顯身手的領地。HYPERLINK :/baike.baidu /view/1554.htm日本推出了一種能根據血液中的葡

12、萄糖濃度而擴和收縮的聚合物。HYPERLINK :/baike.baidu /view/16023.htm葡萄糖濃度低時，HYPERLINK :/baike.baidu /view/344690.htm聚合物條帶會縮成小球，葡萄糖濃度高時，小球會伸展成帶。借助于這一特性，這種聚合物可制成人造胰細胞。將用這種聚合物包封的胰島素小球，注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模擬胰細 HYPERLINK :/baike.baidu /albums/35283/35283/0/0.html#0$0865b5187d9c353c34fa4150應用在人體中胞工作。血液中的血糖濃度高時，小球釋放出胰島素，血糖濃

13、度低時，胰島素被密封。這樣，病人血糖濃度就會始終保持在正常的水平上。 軍事方面，在航空航天器蒙皮中植入能探測HYPERLINK :/baike.baidu /view/2695.htm激光、HYPERLINK :/baike.baidu /view/30563.htm核輻射等多種傳感器的智能蒙皮，可用于對敵方威脅進行監(jiān)視和預警。HYPERLINK :/baike.baidu /view/2398.htm美國正在為未來的彈道導彈監(jiān)視和預警衛(wèi)星研究在復合材料蒙皮中植入核爆光纖傳感器、X射線光纖探測器等多種智能蒙皮。這種智能蒙皮將安裝在天基防御系統(tǒng)平臺表面，對敵方威脅進行實時監(jiān)視和預警，提高武器平臺

14、抵御破壞的能力。智能材料還能降低軍用系統(tǒng)噪聲。美國軍方發(fā)明出一種可涂在潛艇上的智能材料，它可使?jié)撏г肼暯档?0分貝，并使?jié)撏綔y目標的時間縮短100倍。 除上述幾個方面外，智能材料的再一個重要進展標志就是HYPERLINK :/baike.baidu /view/272703.htm形狀記憶合金，或稱記憶HYPERLINK :/baike.baidu /view/101949.htm合金。這種合金在一定溫度下成形后，能記住自己的形狀。當溫度降到一定值（HYPERLINK :/baike.baidu /view/2406938.htm相變溫度）以下時，它的形狀會發(fā)生變化；當溫 HYPERLINK

15、 :/baike.baidu /albums/35283/35283/0/0.html#0$734f12f39c709af00b46e053形狀記憶合金度再升高到相變溫度以上時，它又會自動恢復原來的形狀。目前記憶合金的基礎研究和應用研究已比較成熟。一些國家用記憶合金制成了衛(wèi)星用自展天線。在稍高的溫度下焊接成一定形狀后，在室溫下將其折疊，裝在衛(wèi)星上發(fā)射。衛(wèi)星上天后，由于受到強的日光照射，溫度會升高，天線自動展開。除此之外，還有人用記憶合金制成了窗戶自動開閉器。當溫度升至一定程度后窗戶自動打開，溫度下降時自動關閉。用記憶合金作支撐架的乳罩也很有特色，乳罩在水中可以任意揉搓清洗，但當它被戴到身上時會

16、自動保持自己的形狀，并能根據穿著者體形的變化在一定圍變化。 研究方向智能材料是一種集材料與結構、智然處理、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)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、HYPERLINK :/baike.baidu /view/37051.htm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） 材料智然稟特性與智商評價體系的研究 （3） HY

17、PERLINK :/baike.baidu /view/62783.htm耗散結構理論應用于智能材料的研究 （4） 機敏材料的復合-集成原理與設計理論 （5） 智能結構集成的非線性理論 （6） 仿人智能控制理論 智能材料如何出現的智能材料的構想來源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些獨特功能制造人類使用的工具，如模仿蜻蜓制造飛機等等），它的目標就是想研制出一種材料，使它成為具有類似于生物的各種功能的“活”的材料。因此智能材料必須具備感知、驅動和控制這三個基本要素。但是現有的材料一般比較單一，難以滿足智能材料的要求，所以智能材料一般由兩種或兩種以上的材料復合構成一個智能材料系統(tǒng)。這就使得智能材

18、料的設計、制造、加工和性能結構特征均涉與到了材料學的最前沿領域，使智能材料代表了HYPERLINK :/baike.baidu /view/22775.htm材料科學的最活躍方面和最先進的發(fā)展方向。 智能材料的特征因為設計智能材料的兩個指導思想是材料的多功能復合和材料的仿生設計，所以智能材料系統(tǒng)具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）傳感功能（Sensor） 能夠感知外界或自身所處的環(huán)境條件，如負載、應力、應變、振動、熱、光、電、磁、化學、核輻射等的強度與其變化。 （2）HYPERLINK :/baike.baidu /view/80120.htm反饋功能（Feedback） 可通過傳

19、感網絡，對系統(tǒng)輸入與輸出信息進行對比，并將其結果提供給控制系統(tǒng)。 （3）信息識別與積累功能 能夠識別傳感網絡得到的各類信息并將其積累起來。 （4）響應功能 能夠根據外界環(huán)境和部條件變化，適時動態(tài)地作出相應的反應，并采取必要行動。 （5）自診斷能力（Self-diagnosis） 能通過分析比較系統(tǒng)目前的狀況與過去的情況，對諸如系統(tǒng)故障與判斷失誤等問題進行自診斷并予以校正。 （6）自修復能力（Self-recovery） 能通過自繁殖、自生長、原位復合等再生機制，來修補某些局部損傷或破壞。 （7）自調節(jié)能力（Self-adjusting） 對不斷變化的外部環(huán)境和條件，能與時地自動調整自身結構和功能，