智能材料范文

时间:2023-03-02 19:59:22

智能材料

智能材料范文第1篇

随着对智能材料研究的深入,对智能材料的定义变得更加严格,目前的概念即是指在材料系统或结构中,可将传感、控制和驱动三种职能集于一身,通过自身对信息的感知、采集、转换、传输的处理,发出指令,并执行和完成相应动作,从而具有模仿生物体的自增值性、自修复性、自诊断性、自学习性和环境适应性。智能材料在目前文献中的提法大都为机敏材料(Smart Materia1)、智能材料(Intelligent Materia1),而机敏结构(Smart Structure)、自适应结构(Adaptive Structure)、智能结构(Intelligent Structure),则是指将感元件、驱动元件和控制系统结合或融合在机体测量中而形成的一种器件复合结构。

智能材料的基础是功能材料。功能材料通常可分为两大类,一类被称为驱动材料,它可以根据温度、电场或磁场的变化来改变自身的颜色、形状、尺寸、位置、刚性、阻尼、相位、内耗或结构等性能,因而对环境具有自适应功能,可用以制成各种执行器;另一类被称为感知材料,它是指材料对于来自外界或内部的刺激强度及变化(如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等)具有感知力,可以用来制成各种传感器。同时,具有敏感材料与驱动材料特征的材料才能被称为智能材料。智能材料通常不是一种单一的材料,而是一个由多种材料系统组元通过有机紧密或严格的科学组装而构成的一体化系统,是敏感材料、驱动材料和控制材料(系统)的有机合成。

智能材料的分类

智能材料有庞大的家族,随着研究的深入,更多的新材料逐渐被加入其中。如果按照智能材料的应变能力来分类,其系统庞杂而难于理解,图一是按照智能材料功能区分汇集的图表资料,第一类是改变性能,第二类是改变能量。

由于智能材料的优异性能,同时在许多高新技术领域都具有巨大的潜力和应用前景,使之一直成为许多技术发达国家的优先发展项目,并在国防、军事、医疗、航天、交通、水利众多方面都被广泛关注和研究,成果有些已经被利用在实际工程中,有些已经在实验室获得突破。然而在建筑方面的应用,智能材料基本还停留在记忆合金和压电材料对结构振动的控制、变色玻璃立面以及相变材料等几大方面,本文试图探索智能材料在可适应建筑这个前沿课题方面的应用。

智能材料应用——电活性聚合物

电活性聚合物(Electroactive polymers,EAP),是指能够在电流、电压或电场作用下产生物理形变的聚合物材料,其显著特征是能够将电能转化为机械能。电活性聚合物驱动器具有应变高、柔软性强、质轻、无噪声等特点,与肌肉有着极为相似的特性,而且密度小、回弹力大,另外具有类似生物肌肉的高抗撕裂强度,这些性能已经超过了肌肉,被公认为是最有前途的替代肌肉材料,所以EAP也被称为人工肌肉。EAP可以产生的应变比电活性陶瓷大两个数量级,并且较形状记忆合金的更快响应速度及固有的振动阻尼性的优异性能,使其在医疗、宇航员和士兵的增力外骨架、微型仿生飞行机器上有无可估量的应用前景。

离子电活性聚合物复合材料(ionic EAP)是EAP的一种,其工作原理是,离子在没有电场的情况下随机分布,一旦施加电场,离子向聚合物的阳极一侧聚接触,并造成聚合物的一侧弯曲。

电活性聚合物在建筑上的应用还停留在实验室和概念阶段,2010年底苏黎世联邦理工大学(ETHZ)的建筑系和瑞士联邦材料科学实验室的联合研究项目,形变(Shape shift)——走向软质建筑,研究了如何应用EAP来构建一个可动态地适应外部环境的轻质结构系统。

整个系统基于一个多层复合菱形单元,由上至下的材料层分别是:硅绝缘层、传导粉末层、5X5预应力合金聚合物薄膜、传导粉末层、硅绝缘层、丙烯框架、5.00V电压连接。加电压后,EAP聚合薄膜开始变形,并牵引丙烯框架弯曲,同时EAP薄膜仍旧保持光滑的双曲抛物面和透明性,EAP薄膜以持续的、可控的变形表现出良好的可操作性和稳定性,使结构的变形可控、可逆变,并具有一定的强度和阻尼性。

菱形的EAP单元通过不同的组合方式可以形成空间结构体系,通过电压可控制单个或多个单元的变形,从而达到整体空间结构的多种形式的转化,并同时保持结构的一定刚度。然而该项目专注于结构性能的研究,要应用于实际工程项目,EAP薄膜的防火、保温、防潮以及采光隔热等问题都需要以长期研究和实验逐步解决,研究者对其大面积的应用、预筑、加工、产品化、施工、维护、操作、造价都需要考虑和研究。

我们可以预想下一代张拉膜结构会变得更加智能,拥有更加丰富的形态和外观,同时更加适应外环境。目前,商业化的智能材料厂家和传统建筑材料厂家很少。

智能材料应用——电介弹性复合材料

电介弹性复合材料(Dielectric Elastomer),简称DE,属于电活性聚合物(Electroactive polymers)EAP的一种,能在直流电场作用下产生极大的应变和弹性能。近来的研究显示高380%应变也得以突破,这使得DE成为高性能电制动器(Actuators)的理想材料,被广泛应用在微型机器人和医疗器械领域。

电介质弹性体的工作原理近似于一个三明治结构的平行板电容器,弹性体膜介于两个平行金属电极膜之间。当在两金属电极上施加直流电压时,两电极之间产生的静电引力在膜厚方向上挤压弹性体膜使之变薄,从而在水平方向上扩张,撤销电压,弹性体薄膜将恢复原状。

电介弹性复合材料在建筑上的应用还处于概念研究阶段,2011年纽约建筑师德科雅顿(Decker Yeadon)提出了自稳定立面(Homeostatic Facade)的幕墙原型方案,旨在创造一个低能耗的、自动调节太阳热量和采光的高层幕墙体系。电介弹性复合材料以弧面对开合的方式组合,表面被涂以银白色便于反射太阳辐射,按照热带鱼图斑的图样被封装在两边玻璃之间,形成智能幕墙系统。

通过加载电压,电介弹性复合材料可改变弧度,从而减少或者增加组合单元之间的缝隙,以调控光线的进入和阴影面积,这一调节是可以实时地按照辐射的强度来进行的。当光线弱的时候,弧度变平,让光线渗入;当光线强的时候,弧度变大,更加贴近垂直面,覆盖更多的立面面积。

该系统的优点是具实时应变性,建筑随时间更替可产生不同的美学效应,而且这样的实时条件只以加载电流为前提,材料本身既是遮阳系统又是驱动器,所有变化都在局部内完成。如果建筑立面为曲面,就会产生统一系统不同变化的美学效果。由于系统采用了不规则图案的方式,采光效果未必能达到均匀和舒适,而以全覆盖的方式应用在大型项目中时,造价控制成为难以克服的问题。另外和外遮阳系统比较,在热带地区温度过高的问题仍然不易解决。

智能材料——未来的研究方向

智能材料是材料科学不断向前发展的必然结果,是信息技术融入材料科学的自然产物,它的问世标志和宣告着第5代新材料的诞生,也预示着在21世纪将发生一次划时代的材料革命。近年来,智能材料的研究在世界范围内已成为材料科学与工程领域的热点之一,很多工程领域的突破和新成果的出现都有智能材料的贡献。

一个非常典型的案例是由NASA先进概念研究所(NIAC)设计的无人扑翼飞机,在《IEEE Spectrum》杂志上一篇题为《像鸟一样飞翔,彻底改变飞机设计》的文章里,该方案中EAP薄膜层作为一个关键构件,与光伏薄膜层叠,光伏薄膜产生电能蓄到锂电池中,以驱动EAP薄膜成为扑翼飞翔的动力,从而完成完全仿生的飞翔活动。从这个案例可以看出,国际趋向的研究重点已集中在智能材料的仿生构思和创兴工程在智能材料研发上的应用(如TRIZ系统工程的植入),介绍一下经典的途径:

1)压电材料+电热材料=压热材料(阻尼材料)

2)压电材料+电致变色材料=压致变色材料(示警材料)

3) 光电材料+电致变色材料=光致变色材料(智能玻璃)

4) 电热材料+压电材料=热致变形材料

5) 光伏材料+压电材料=光致变形材料

智能材料的研究需要横向科学的加入,跨领域、多学科是必然的趋势。计算机技术和仿真技术成为必要手段,化学、数学等基础学科结合创新思想成为突破的关键。智能材料设计的研发思想可以总结为以下几条思路:从材料设计的角度考虑智能材料的制造,软件功能引入材料,能量的传递途径的创新,材料具有时间轴的观点,可仿照生物体的功能。

可以想见,智能材料结合数字化设计和快速成型技术,必将带来一场建筑设计的新革命,推动建筑朝着更加智能的方向发展。

智能材料范文第2篇

新型高分子功能材料――磁性塑料

项目简介:磁性塑料是一种型高分子功能是现代科学技术领域的重要基础材料之一。磁性塑料按组成可分为结构型和复合型两种,结构型磁性塑料是指聚合物本身具有强磁与的磁体,这类磁性塑料向处于探索阶段,离实用化还有一定的距离;复合型磁性塑料是指以塑料或橡胶为粘合剂接加工而制咸的磁体。

磁性塑料的主要优点是:密度小、耐冲击强度大,制品可进行切割、切削、钻孔、焊接、层压和压花等加工,且使用进不会发生碎裂,它可采用一般塑料通用的加工方法(如注射、模压、挤出等)进行加工,易于加工成尺寸精度高、薄壁、复杂形状的制品,可成型带嵌件制品,对电磁设备实现小型化、轻量休、精密休和讥性能化的目标起着关键的作用。磁性塑料与烧结磁铁同样有各向同性和各向异性之分,在相同材料及配比条件下,各向同性磁性塑料的磁性能仅为各向异性磁性塑料的1/2―1/3。制作各向异性磁性塑料的方法主要有磁场取向法和机械取向法。

磁性塑料做为新型功能材料,以其固有的特性而广泛应用于电子、电气、仪器仪表、通讯、文教、医疗卫生及日常生活中的诸多领导中,其产量和需求量正在不断地增加,生产技术日趋完善,虽然目前磁性养料的研究及应用在我国尚处在发展的初级阶段,但在某些新的领域,已经得到应用,具有很大的发展潜力。

光功能高分子材料

项目简介:光功能高分子材料具有独立的知识产权,作为先进的防伪材料,将在防伪领域发挥重要的作用。利用它的光选择反射及选择透过性能,制备大众和二级防伪材料。它还可以在信息及显示领域获得应用。应用范围各种文件、证件和票券的防伪。药品和酒类等包装容器上的防伪,如化妆品瓶子包装的防伪;各种酒类的瓶子、农药瓶子、罐头及饮料瓶子包装或瓶盖的防伪;各种药品瓶子包装的防伪。各种商标防伪,如烟类、酒类;食品类、糖、茶类;日用品;光盘等电子产品。电子产品、光学开关、彩色滤光片等。

趋势意义:已通过鉴定。

多功能新型树形聚酰胺高分子材料

用于毒性很强的TNT红水处理,用量2%0时,可使其变为无色透明,COD的值由11万降为364,达到国家规定的排放标准;用于染料废水处理,如酸性红废水,用量为万分之一时,脱色率达98.7%,且脱色溶液的pH值为中性;用于石油废水处理,用量为ppm级,处理后,水中石油的含量达到1ppm;用于乳化炸药稳定剂,可使其贮存期由1个月增加到6~7个月;用于高分子合金的增韧增强剂,如用于PAll与PA6共混,用量0.25%,其它条件不变的情况下,抗拉强度提高11.7%,断裂伸长率提高42.4%,缺口冲击强度提高13.9%,拉伸模量不变。树形高分子及其衍生物还在催化剂、化学传感器、纳米原子簇制备、缓释药物载体、燃料电池、膜材料、信息贮存材料等国民经济各领域具有巨大的潜在应用价值。获得3项国家发明专利,在环境治理、工业炸药、高分子合金添加剂的应用方面取得良好的效果。

新型高填充改性高分子材料技术

项目简介:该项目通过对双转子连续混炼机的混炼转子进行改进,发明了一种高填充高效连续混炼机转子,同时对其混合特性和双转子连续混炼机在高填充高分子材料的混合过程中的操作工艺特性进行了研究,研究结果为其应用提供了理论基础;通过实验研究和理论分析创造性地提出了一种基于双转子连续混炼机的高填充改性高分子材料的混炼工艺,即填充浓度逐步递增混炼新工艺,解决了目前连续混炼机混合高填充物料存在的混炼温度与混炼剪切速率之间的矛盾,并在实际工业生产中得到了应用。

趋势意义:鉴定专家一致认为,新型高分子材料混合工艺及设备的研究提高了我国在高填充高分子母料的生产技术和装备水平,具有明显的社会、经济效益和广阔的应用前景,属国内首创并达到国际先进水平。建议在设备大型化方面进一步开展研究并拓宽应用范围。

用于高分子材料的新型高效多功能稀土助剂开发

项目简介:该项目研究开发以轻稀土化合物为主要原料的高分子改性用新型高效多功能稀土助剂,突破聚丙烯用新型β成核剂、聚烯烃类多功能助剂、无机粒子表面处理剂等新型稀土助剂的应用及产业化关键技术。本项目研发成功的一系列稀土功能助剂,不仅有显著的经济使用效果,并且具有我国自主的知识产权,因此,本项目工作对于促进我国高分子助剂行业的发展,必将发挥较大作用。

趋势意义:该项目针对国际国内空白,利用我国独特的资源优势,获得自主创新性成果,对全面提升我国塑料助剂工业水平将起到重要的推动作用,而且对推动助剂行业传统技术及概念的变革,对我国丰富的稀土资源优势转化成产业优势具深远影响。

高吸水性树脂(简称SAP)

项目简介:高吸水性树脂(简称SAP)是微生物法丙烯酰胺的下游产品,是一种新型功能性高分子材料,这种物质含有大量的强吸水基团、结构特异。在树脂内部可产生高渗透缔合作用,并通过其网孔结构吸收自身重量几十倍乃至上千倍的食盐水、血液、尿液,且具有较强的保水缓释功能,无毒、无害、不溶于水。

趋势意义:广泛应用于工业(吸水橡胶、电缆阻水带、脱水剂、钻井泥浆处理剂、道路沥青改性及煤矿用灭火材料等)、农林业(抗旱保水、育苗、植树造林、保肥增效、改良土壤、促进农作物生长等)及日用卫生材料(卫生巾、纸尿片、医疗衬垫、保鲜剂)等许多领域。

电流变液的研究

项目简介:“电流变液”这种新型材料可以在电场作用下在液态和固态之间转换,故被称为电流变液。由于电场可由电脑操纵,因此可变态的电流变液又被称为智能材料。电流变液是一种由介电微粒与绝缘液体混合而成的复杂流体。在没有外电场时,它的外观很像机器用的油,一般由基础液、固体粒子和添加剂组成。基础液可采用煤油、矿物油、植物油、硅油等经理化处理的物体构成,要具有绝缘性能好,耐高压,低粘度,在无电场作用下具有良好流动性这些性质。根据电流变技术的原理,构成液―机耦合的机制,可以设计出全新的汽车结构。根据这一原理,同样可以设计出新颖的汽车转向系统、汽车的减震装置、制动装置等。

智能材料范文第3篇

1.1光导纤维在混泥土材料的监控

光导纤维材料,是一种光通信介质,其最大优点是传输速度快、信号衰减低和并行处理能力较强,经常被用于高要求的通信传输中。光导纤维和光纤传感器在土木工程中,主要用于对混泥土固化的监控。混泥土结构最大的缺点是抗拉强度弱、内部钢筋容易被腐蚀等,在大面积浇筑过程中由于混泥土结构内部和外部温度差异而导致混泥土块体出现裂缝。这种情况下,将光纤作为传感元件埋入混泥土结构中,对结构的强度、温度、变形、裂缝、振动等可能引起混泥土结构损伤的危险因素进行检测、诊断、预报。更进一步,如果控制元件能接入信息处理系统,并引入形状记忆类金属等智能材料,形成完整的控制系统,将能实现混泥土材料的自适应功能———这正是目前智能材料结构系统在土木工程中应用的前沿课题。

1.2压电材料

压电材料一般是指在收到压力后,材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知,利用传感器输出结果,从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上,采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量,从而实现对于结构震动的控制,这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步,压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。

1.3压磁材料

压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理,当磁场的强度高于临界强度时,磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质,控制流体特性实施时需要较低的能量,因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点,磁流变材料可用于高层建筑的结构中,实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔,使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应,这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换,这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。

1.4形状记忆合金

形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能材料。形状记忆合金的形状被改变后,在一定条件下能激发其形状记忆效应,这一过程中,材料产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变,同时具有较强的能量传输储存能力。基于这一特性,形状记忆合金在土木工程中最大的用处是用于各种结构中来实现结构的自我诊断、增加材料的韧性和强度等、增强材料的适应控制。形状记忆合金还可以被研制成智能驱动器,用于对结构变形、裂缝和振动方面的控制。形状记忆合金具有较高相变回复力,结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统,该系统可实现相变伪弹性性能,可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。目前的土木工程实践中,通常在结构层间或底部等受地震作用较大的位置安置形状记忆合金被动耗能控制系统,用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知,进而起到消耗地震能量的作用。

2智能材料的优点局限性

土木工程中应用的智能材料具有反馈信息、自我诊断、自我修复、自适应能能力,实践也表明,智能材料在实际土木工程中的应用使得工程结构具有高强度和耐久性等特点,同时能智能化地执行指令,能较好的适应外部环境的变化。但上述的光纤、形状记忆合金、压电和压磁等材料,本质上属于高智能复合材料,其最大的局限性在于使用成本很高,造价太贵。这一缺点,使得目前对于智能材料的应用智能局限于档次较高、标准较高的建筑工程,智能材料在普通民居建筑中的应用还遥遥无期。另外,智能材料的应用需要相应的技术和配套材料设备的配合支撑,在施工中对于施工技术和工艺的要求较高。因此,但就目前看,对智能材料的应用还不可能实现全方位的广泛普及,但是,智能材料可能是未来土木工程材料的研究和发展方向。

3结束语

综上所述,智能材料在土木工程中的应用弥补了传统建筑结构适应环境能力弱的缺点,将建筑结构需要人为检测转向建筑结构带自我检测、调整和适应功能。目前智能材料的应用还局限在少部分高要求和高标准的建筑项目,科学界对于智能材料以及相关技术和配套设备的研究,是未来智能材料能广泛应用与土木工程结构的前提和基础。

智能材料范文第4篇

关键词:智能材料;绿色建材;建材应用

引言

伴随着材料科学不断发展变化的现今时代,建材建设中的使用材料也不断的向智能化方向发展,“智能材料”的开端是通过对大自然当中存在的特殊物质进行模仿和提取从而研发的为人来使用便利而制造生产出来的,智能材料的主要研发目的是要生产一种“活”的材料,因此,方便人们使用,给人们的生活带来了极大的便利。智能材料本身具有着感知性和记忆性,同时适应性和修复性能力较强,与传统的功能材料存在着很大的差别,智能材料的使用利端是可以通过材料本身的感知从而得到外界的一切信息,根据所得到的信息做出相应的判断和处理,能实现自我诊断和调节的功能。因其具有一定的特殊性,并且优越于传统的原材料,所以,在现今已然成为了绿色建材当中的主要使用材料。

1智能材料的内涵及指导思想

智能材料具有的主要内涵就是感知功能,这种功能性质的存在能对外界的一些现象或者状况作出做出感知,例如光、电、热等的外界现象都能做出一定的感知能力。再有一点就是,智能材料具备驱动功能,对于外界复杂的变化情况可以做出相应的选择和控制,能够“活”性的记录对外界的一切记忆。其次,智能材料具备自我调节的功能,可以按照设定的方式进行相应的相对的选择,其反应灵敏度极高,可以迅速合理的做出选择,在外部刺激得到控制的情况下,还能以最快的速度恢复到原始的工作状态当中。智能材料的指导思想具有两大特点,即智能材料的功能修复性和仿生性。第一,职能材料的功能性能对外界的一切因素和特征做出感知,并能够及时反馈问题,例如,在外界环境发生了变化或者负载,以及外界辐射变化时,都能根据相应的外界变化因素做出相应的感知,同时,将所得到的外界信息及时反馈回系统当中,其次,对于反馈得到的信息能进行相应的识别,并且根据得到的外界信息进行积累,因此,在外界环境发生变化时,可以更及时的做出相应的调节,并且能针对外界信息存在的问题做出处理和分析,然后,通过智能材料本身具备的自我修复功能对其问题作出完善和调整,因此,给智能材料系统的控制做出了规范性处理。第二,智能材料具有仿生性,通过对自然生态环境中存在的特殊功能进行模仿,从而实现了智能材料的“活”性。

2智能材料的工作原理

智能材料的组成由基本材料、敏感材料、驱动材料、其他功能材料以及信息处理器这五部分组成。基本材料的工作原理具有着承载的作用,一般使用的都是轻质性材料,或者是高分子材料和抗腐蚀性强以及金属性材料材料为主,其这种材料的选择以轻质合金为首选。敏感材料的工作原理和传感任务相同,起到的作用是可以感知外界环境的变化(外界压力、气温、电磁场、ph数值)同时,让材料记忆和变化的特点达到一个很好的适应能力。驱动材料的工作原理是在一定的条件下对材料进行合理控制以及做出相应的应变措施,因此,具有着控制,其控制的材料包括压电材料和光纤材料、记忆性材料等,这些控制材料的有个特殊点,就是即使驱动性材料还是敏感性材料。其他功能材料包含了电材料。磁性材料以及光纤材料等。传感器的工作原理就是整个工作的主要核心,是最主要的一部分,其主要作用是能对传感器输出的信号进行相应的判断和处理。

3智能材料的分类类型

智能材料可以按照功能性或者来源来进行分类。功能性分类的话可以分为光导纤维、压电、电流变体、形状记忆合金以及电致伸缩材料等几种;若是按照来源来进行分类的话,智能材料可分为金属性智能材料、无机非金属性智能材料或者高分子型智能材料。其次,智能材料可以按照“仿生”模式将其进行分类,即:

3.1智能传感材料

智能传感材料是智能结构的必要组成部分,其可以对电磁等外部因素进行有效的监测,并且同时利用感知能力和反馈能力将外部信息快速的传递到系统当中。在智能传感材料当中,有一部分是较为典型的传感材料,例如,压电材料、微电子传感器以及光纤等。在典型的传感材料中,光纤材料的使用是较为力普遍的一种材料,光纤可以在正常的情况下获得到被测结构所有的物理参数,像温度和形状,以及电场等都可以获得相应的数据。

3.2智能驱动材料

在现今的绿色建材使用当中,使用较为普遍的只能驱动材料有形状记忆合金或者是电粘性液体等,只能驱动材料的使用可以对外界的温度或者电场及磁场的变化做出相应的感知,其次,对产生的形状、位置、频率、以及机械的特殊性质做出相应的相应,因此,在绿色建材建设当中使用相对较为广泛。

3.3智能修复材料

智能材料的起源就是来自于仿生学,对于智能修复材料的使用就是利用模仿动物的骨组织结构和受伤之后的再生特点进而生产出来的一种材料,智能修复材料主要采用的是粘接性材料和基材相复合的方法制作出来的,智能修复材料的最大特点是可以将损坏的材料进行修复和再生,恢复后的状态可以达到原材料的基本状态,甚至是超过破损前的原材料。

3.4智能控制材料

智能控制材料可以对智能传感材料进行信息反馈,且具有记忆性质,同时还能储存记忆和判断决定的一种能力,可以将智能驱动材料进行控制和修正,智能控制材料的主要代表是微型计算机,微型计算机利用专门程序来进行控制计算。智能控制材料的整个制作过程当中,相当于模仿人的大脑来进行工作的,具有较强的处理问题能力,同时,对于解决复杂问题使可以多方位的采取相应措施。

4绿色建材建筑中的智能材料

4.1智能混凝土

在绿色建材当中的只能材料首要就包括了混凝土,其智能混凝分为三种,①自感应混凝土;②自调节混凝土;③自修复混凝土。混凝土的本身不具有自感应功能,自感应混凝土的由来是由混凝土基材中复合部分导电相致使了混凝土具备了自感功能。在现今社会中常见的导电组共有三类:1)聚合物类导电组;2)碳类导电组;3)金属类导电组,这三种导电组最常用的就是金属类和碳类这两种。金素类的导电组包括了金属微粉末、金属纤维、金属片、网等,碳类导电组包括了石墨、碳纤维、炭黑。其中,碳纤维混凝土具有着明锐性和一定的温蒂,可以对建筑内部以及周围的温度变化做出监测,同时,碳纤维混凝土复合材料的电阻变化和内部结构变化是相辅相成的,这种碳纤维混凝土的使用可以实时,有效的监控到施工中的一切状况以及动态荷载的内部情况,如果出现了荷载的情况发生,碳纤维混凝土可以随着荷载疲劳的程度一同降低,同时,对混凝土材料的疲劳损伤进行实时监测。

4.2自调节混凝土

在混凝土结构负荷的正常情况下,同时还应该具备抗外界恶劣环境影响的抗干扰能力,以此为首要目的,进而调整混凝土的承载能力和结构震动能力。混凝本质是惰性材质,要想使其具有自调能力,需要对其加入相对的驱动功能材料,随着科学的进步发展,演变出了电流变体这项功能,其可以通过外界电场来操控混凝土的粘性,以及弹性等。在混凝土中加入电流变体,从而对电流变体的流变作用加以利用,就可以有效的抵挡外界恶劣环境,调整期内部的流变也行,改变结构上的自震频率。当遇到特殊性建筑时,例如画展或者博物馆的时候,也可通过自调节混凝土对其室内环境进行实时监测,根据实际情况作出相应调整。

4.3自修复混凝土

自修复混凝土从字面理解就是可以进行自我修复的一种材料,这种混凝土是由动物受伤能进行自我修复从而演变出来的,这种混凝土主要采用的是粘接材料和基材相复的一种方式来制作的,对受损的材料可以起到自行修复的一种能力,或者修复完成后超过原材料的一种复合型材料。

4.4智能乳胶漆

智能乳胶漆具有防水,防冻以及抗清洗等功能,其次,还具备了根据不同的环境和温度自动调节室内采光的功能,对室内光线问题的解决上起到了推动性作用。这种胶漆的使用是采用了“逆光可变剂”“复合高分子稳定剂”等产品而研发的,让胶漆具有了智能化,对于智能乳胶漆的自动感应外部环境方面,则是采用了复合高分子稳定剂与ANGUS和THOR添加剂让其具有一定的感知能力,可以自行调节。

4.5智能玻璃

在绿色建材建筑的工程中,智能玻璃材料的合理应用给人类的生活以及建筑工程带来了举足轻重的推动性作用,智能玻璃的应用一方面在能源结构方面给人们生活带来了空前绝后的效应,另一方面,成为了建筑工程中的一个主题应用智能化材料。这种智能玻璃的作用可以给建筑工程减少相应的成本,同时,玻璃光导纤维、光致变色玻璃以及电致变色玻璃的应用给绿色玻璃建筑事业带来了新式改革。

5智能材料在绿色建材中的实际应用

由美国的一位研究博士曾研制出一种“智能皮”的新型智能材料,这种智能材料在价格方面相当合理,其次,在功能上面也非常多样化,可以将白天吸收的热量在晚上释放出来,同时,其表层还有机光电太阳能点出,了一位内部的照明系统储备点量。

6总结

智能材料在绿色建材当中的使用和研究仍处于发展阶段,从而需要讨论界的学者们以及建筑界的相关人士们作出进一步的研究和探讨。其次,将智能材料合理利用,就可以为建筑工程带来非同凡响的推动性作用,通过上文可以看出,智能建材与绿色建材建筑有着相辅相成的紧密关系,“打铁还需自身硬”,破解智能材料开拓途径,既需要设计人员努力提升产品质量,又需要政府大力扶持,出台扶持政策,加大宣传[7],随着未来社会的不断发展,以及建筑行业的不断扩大,智能材料的应用也将会得到更广阔的发展领域。

参考文献:

[1]李朝忠,王志广.智能材料及其在绿色建材中的应用[J].中国西部科技,2010,9(02):53-55.

[2]黄静晗,肖卓,瓦晓燕.智能材料及其在绿色建材中的应用[J].建材发展导向,2015,13(16):37-39.

[3]张新民.智能材料研究进展[J].玻璃钢/复合材料,2013(Z2):57-63.

[4]张金升,龚红宇,刘英才,谭训彦,李嘉,尹衍升.智能材料的应用综述[J].山东大学学报(工学版),2002(03):294-300.

[5]薛伟辰,郑乔文,刘振勇,李杰.结构振动控制智能材料研究及应用进展[J].地震工程与工程振动,2006(05):213-217.

[6]王守德,刘福田,程新.智能材料及其应用进展[J].济南大学学报(自然科学版),2002(01):97-100.

[7]李楠.我国中小微企业融资困境与出路[J].长春金融高等专科学校学报,2017(02):57-59.

智能材料范文第5篇

【关键词】智能材料;土木工程;力学特性

1、智能材料类型及特点

智能材料概念在20世纪80年代初被系统地提出,并于80年代末得到前所未有发展空间。随着光纤、压磁、形状记忆合金等智能材料的发展,使其在土木工程领域得到较为广泛地应用。智能材料以其具有的不同功能特点通常可分为两大类,一类为可感知外界或内部刺激强度作用的材料,称为感知材料。另一类为可响应或驱动因外界环境条件或内部状态发生变化的材料,也称为智能驱动材料。智能材料结构具有控制、传感与驱动三个要素,可利用自身感知处理信息,发出指令并执行动作,进而实现结构自我监控、诊断、检测、修复、校正与适应等各种功能。一般情况下,单一功能材料难以具有上述多种功能,这需要组元复合或组装多种材料而构成新的智能材料才能实现。

2、土木工程中智能材料的应用

2.1形状记忆合金的应用

形状记忆合金是具有形状记忆效应的一种智能合金材料,作为新型功能性材料,最主要的优点就是在激发材料的形状记忆效应过程中,材料可以产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变,同时具有较强的能量传输储存能力。该特性的应用能够将材料置于各种结构中,实现结构的自我诊断、增韧、增强与适应控制的应用研究,而且还可以将材料研制为智能型驱动器,在结构变形、损伤、裂缝及振动等方面开展应用研究工作。相变伪弹性与相变滞后性能是形状记忆合金的另一个优点,在加卸载过程中其应力-应变曲线构成环状,表明材料在此过程中能够吸收耗散较多的能量。形状记忆合金具有高达400兆帕的相变回复力,结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统,该系统可实现相变伪弹性性能,可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。通常在结构层间或底部安置形状记忆合金被动耗能控制系统,用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知,进而起到消耗地震能量的作用。有关研究结果显示,耗能器安装形状记忆合金结构后,耗能器可吸收约为三分之二的地震能量,并显著抑制结构的位移。

2.2压电材料的应用

传统结构中集成压电体,采用压电传感元件对结构的振动模态进行感知,利用其输出结果,采取适宜控制算法对压电体的输入进行确定,以主动控制结构振动的实现,是开展压电类智能结构应用研究的一个较为前沿的领域。很多研究人员在任意复杂激励下,采用压电陶瓷作为加速度传感器与驱动体开展基于压电层合结构的主被动阻尼及主动振动控制等相关问题的研究工作,随着近年来不断发展的压电材料与堆技术,使研究应用压电类智能结构的领域更为广泛。主要应用在土木工程结构的噪声主动控制、静变形控制能、安全评定、健康监测等众多领域都获得良好的控制效果。

2.3光导纤维的应用

光导纤维由外包层与内芯构成,是一种纤维状光通信介质材料,该材料采用先进的信息传输技术起初用于通信传输系统,由于作为信息载体的光子在速度与容量上高于电子,因此得到较为迅速的发展。光子所具有的高并行处理能力与高信息率,潜力在信息容量与处理速度得到充分发挥。光纤材料在监测、传感及信息远距离传输等方面得到应用,将光纤作为传感元件埋入传统混凝土结构中针对结构方面各项指标实现自动监测、诊断、控制、预报及评价等功能,而且将形状记忆合金等驱动元件埋入,有机结合信息处理系统与控制元件,使混凝土结构具有智能功能,进而实现混凝土结构自我诊断与修复。在土木工程结构诊断及主动控制地震响应中,光纤材料一直作为设计传感器的一种比较理想的材料,我国目前也已将其用于检测评定三峡大坝。

2.4压磁材料的应用

在外加磁场作用下,磁流变液悬浮体系的各项流变性能会产生明显的可逆变化。同时在外加场强高于临界值后,磁流变液将迅速从液态转变为固态,在显微镜下能够观察到磁流变液的分散相颗粒在磁场作用下结成沿磁场方向的链状结构。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质,控制流体特性实施时需要较低的能量,因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。在土木工程领域,电视塔、高层建筑、大跨度桥梁等结构中都采用该材料用于实现对地震的半主动控制。此外,磁致伸缩智能材料也在相关研究中日益的得到重要关注。磁致伸缩智能材料具有强烈的磁致伸缩效应,电磁/机械能能够进行逆转换。在智能材料领域中应用前景较为广阔,该材料可用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等多个领域。

3、智能材料的发展趋势

在土木工程领域,智能材料的发展趋势集中体现在以下三方面。一是实时监控检测结构状态,在土木结构中集成传感与驱动元件,利用其网络实时监控结构状态,以保证土木工程结构与基础设施的安全,有效降低维修成本。二是形状自适应材料与结构,该结构不仅可承载传递运动,还能检测并改变结构特性,具有较为广阔的应用前景。三是自适应控制减振抗震抗风降噪的结构,在土木工程设计中结构动力响应一直是比较重要的一个问题,尤其是针对桥梁与高层建筑等土木工程结构的抗震抗风问题,研发应用智能材料能够为其提供重要的途径,实现结构的自适应控制。尽管当前的智能材料还存在不同程度的不足之处,但随着有关研究的不断深入,智能材料的性能将得到明显改善。在众多领域中,智能材料都将发挥其潜力,体现出广阔的应用前景,开展的研究包括力学、计算机控制、材料、微电子、人工智能等多个学科技术。

4、结语

综上所述,随着智能材料的广泛应用,同时元件逐渐向小型化、多功能化及高功率化方向发展,在建筑结构中复合控制、传感、驱动系统及耦合/连接元件,建筑结构将发展成为主动式智能建筑结构,对于有效利用太阳能、抵御地震、风振等严重自然灾害影响具有重要作用, 为人们工作生活提供更为舒适安全的环境,对于提高土木工程结构建设质量具有十分重要的意义。

参考文献

[1]王社良,马怀忠,沈亚鹏等.形状记忆合金在结构抗震控制中的应用[J].西安建筑科技大学学报,2008.30

[2]王社良,苏三庆,沈亚鹏等.形状记忆合金拉索被动控制结构地震响应分析[J].西安建筑科技大学学报,2010.33

[3]胡明哲,李强,李银祥等.磁致伸缩材料的特性及应用研究[J].稀有金属材料与工程,2009.29

[4]李俊宝,张景绘,任勇生等.振动工程中智能结构的研究进展[J].力学进展,2009.29

作者简介

智能材料范文第6篇

首先,智能材料家族将成为可穿戴设备不可或缺的一部分。

由形状记忆合金、光致变色材料、电致变色材料、压电材料、智能高分子材料等组成的庞大的智能材料家族是可穿戴设备的完美搭配。

智能材料中的形状记忆合金具有很强的可弯曲性,并且能够记忆自身的形状,日常使用的抗弯折眼镜框、可植入人体的人造骨骼和人造卫星的太阳能电池板等都是由形状记忆合金制作而成。如果能将这种材料应用于可穿戴设备,它将能够自动记忆人体曲线,在接触到人体的时候自动变化为适应每个人的体型并自动固定。甚至,如果把现在的智能手机直接制作在形状记忆合金之上,那么整个可穿戴设备将能够贴合于人体,实现真正的“与人融合”。

光致变色材料、电致变色材料和智能高分子材料,将能够监测人体的各项生命体征以及外部环境的变化,并通过自身变化直观地表示出来。人们也许可以不用打开显示屏,就能够获得足够多的信息,比如它可以感受周围的气温,甚至是空气污染的程度,并通过颜色变化的方式表现出来。周围的环境变化将不再是冷冰冰的数字,其呈现的方式将更加智能化。压电材料给可穿戴设备的带来的革命将更为巨大,将其植入可穿戴设备中,能够将人体的每一次活动中微小的能量都收集起来,这将能够提供源源不断的电力供应,可穿戴设备将能够摆脱电池的束缚,实现真正的轻量化和长续航。

其次,智能材料与可穿戴设备的结合将彻底革新人们对于“智能”的定义。

自从乔布斯“重新”发明了手机以来,短短几年时间智能手机风暴就席卷了全球,已经深刻改变了人们的生活方式。但是智能设备的发展不可能就此停滞,人类创新也不可能就此止步。依托于信息技术的智能手机,其“智能”更多的是表现在人与人之间的互联,以及信息交互的便利之上,但这并不是智能的全部定义,如果智能材料能够发展成熟并得到大范围的推广,将无疑能够革新人们对于“智能”的认知。

智能材料范文第7篇

关键词:智能材料;土木工程;光导纤维;压电材料

1 智能材料在土木工程中的应用

1.1 光导纤维在混泥土材料的监控

光导纤维材料,是一种光通信介质,其最大优点是传输速度快、信号衰减低和并行处理能力较强,经常被用于高要求的通信传输中。光导纤维和光纤传感器在土木工程中,主要用于对混泥土固化的监控。混泥土结构最大的缺点是抗拉强度弱、内部钢筋容易被腐蚀等,在大面积浇筑过程中由于混泥土结构内部和外部温度差异而导致混泥土块体出现裂缝。这种情况下,将光纤作为传感元件埋入混泥土结构中,对结构的强度、温度、变形、裂缝、振动等可能引起混泥土结构损伤的危险因素进行检测、诊断、预报。更进一步,如果控制元件能接入信息处理系统,并引入形状记忆类金属等智能材料,形成完整的控制系统,将能实现混泥土材料的自适应功能――这正是目前智能材料结构系统在土木工程中应用的前沿课题。

1.2 压电材料

压电材料一般是指在收到压力后,材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知,利用传感器输出结果,从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上,采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量,从而实现对于结构震动的控制,这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步,压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。

1.3 压磁材料

压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理,当磁场的强度高于临界强度时,磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质,控制流体特性实施时需要较低的能量,因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点,磁流变材料可用于高层建筑的结构中,实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔,使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应,这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换,这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。

1.4 形状记忆合金

形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能材料。形状记忆合金的形状被改变后,在一定条件下能激发其形状记忆效应,这一过程中,材料产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变,同时具有较强的能量传输储存能力。基于这一特性,形状记忆合金在土木工程中最大的用处是用于各种结构中来实现结构的自我诊断、增加材料的韧性和强度等、增强材料的适应控制。形状记忆合金还可以被研制成智能驱动器,用于对结构变形、裂缝和振动方面的控制。形状记忆合金具有较高相变回复力,结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统,该系统可实现相变伪弹性性能,可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。目前的土木工程实践中,通常在结构层间或底部等受地震作用较大的位置安置形状记忆合金被动耗能控制系统,用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知,进而起到消耗地震能量的作用。

2 智能材料的优点局限性

土木工程中应用的智能材料具有反馈信息、自我诊断、自我修复、自适应能能力,实践也表明,智能材料在实际土木工程中的应用使得工程结构具有高强度和耐久性等特点,同时能智能化地执行指令,能较好的适应外部环境的变化。但上述的光纤、形状记忆合金、压电和压磁等材料,本质上属于高智能复合材料,其最大的局限性在于使用成本很高,造价太贵。这一缺点,使得目前对于智能材料的应用智能局限于档次较高、标准较高的建筑工程,智能材料在普通民居建筑中的应用还遥遥无期。另外,智能材料的应用需要相应的技术和配套材料设备的配合支撑,在施工中对于施工技术和工艺的要求较高。因此,但就目前看,对智能材料的应用还不可能实现全方位的广泛普及,但是,智能材料可能是未来土木工程材料的研究和发展方向。

3 结束语

综上所述,智能材料在土木工程中的应用弥补了传统建筑结构适应环境能力弱的缺点,将建筑结构需要人为检测转向建筑结构带自我检测、调整和适应功能。目前智能材料的应用还局限在少部分高要求和高标准的建筑项目,科学界对于智能材料以及相关技术和配套设备的研究,是未来智能材料能广泛应用与土木工程结构的前提和基础。

参考文献

[1]周剑霞,刘冬梅.智能材料在土木工程中的应用浅析[J].科技与企业,2014(7):216.

[2]涂远.智能材料在土木工程中的应用[J].福建建筑,2014(2):26-28.

智能材料范文第8篇

【关键词】智能材料;土木工程;现实应用

土木工程是以建筑施工和建筑结构为研究对象的重要学科。在当今的时代,人们对于建筑的要求越来越高,从一开始的安全性与舒适性的有机结合,到安全舒适前提下的美观和环保,再到现在上述所有前提下的智能化是人们对建筑不断变化的高标准和高要求。其中,智能化是随着科学技术发展越来越被人们重视和追求的建筑的特色。具体到土木工程领域,智能体现在各种计算机技术的应用和各种智能材料的应用。建筑的结构是固定的,建筑施工工程完工,建筑成型,除非外力干扰,其结构就稳定下来。但是当结构出现问题时,很难以一种简单的方式去解决。智能材料就能够解决这个难题。

一、智能材料概述

智能材料的兴起和发展距今并没有太长时间,严格意义上来说对智能材料的研究兴起于上个世纪最后二十年,直到新世纪以后才有了长足的发展。距今各国对智能材料也还处于研究的萌芽阶段,所以智能材料迄今并没有一个官方的统一的定义,我们这里可以将智能材料定义为具备智能特性的能够自主地对外部环境进行感知并且不断适应环境的高科技材料。智能材料是建筑材料届最新的宠儿,成为了天然材料和合成材料之后的新一代的优秀材料。智能材料具备天然材料和合成材料不具备的一些特点:它能够对周围环境进行感知,最常见的是对光、热、力的感知;它能够对周围环境的变化做出应对,随之变化;当周围的环境恢复到初始状态时,智能材料也能够恢复如初。

二、智能材料当前在土木工程中的应用

由于土木工程正是对建筑结构进行研究的学科,所以智能材料在土木工程中的作用是极大的。举例来说,运用智能材料能够对建筑本身的结构进行科学的检测。运用传统的材料,要想对建筑的结构性能进行检测,必须要充分地运用外力,加入外部的很多信息。在这种情况下,加入很多干扰的信息是无可避免的情况。而运用智能材料能够从内部将检测结果传导给检测终端,不会受到外部的干扰,也更能够反应建筑的结构性能。

其实智能材料严格意义上来说并不是只有一种,我们上文中所说的智能材料的感知和反馈其实是两种智能材料的应用,能够感知刺激的材料我们称之为感知材料,而能够根据外部刺激做出反馈或者变化的我们称之为驱动材料。前者能够智能地检测建筑内的各种刺激例如火、烟;后者则能够更多地在建筑安全问题上给予更高层次的保障例如记忆合金在建筑结构中的应用。

三、智能材料在土木工程中应用的局限性和未来发展

智能材料当前在土木工程中应用还是存在着一些局限性的:首先,成本过高。智能材料由于研发和制造本身的成本就高,要想大规模地应用到土木工程中还存在着建筑成本上的考虑。毕竟智能材料属于高科技产品,在相关原材料和制造工艺无法达到量产的情况下,成本是限制其应用的首要问题;其次,智能材料的发展还处于萌芽阶段,能够应用到土木工程中的智能材料种类少,功能少。尽管当前智能材料已经研究出许多种类也能够给建筑工程带来很多的便利,但是我们并不能称智能化的时代已经到来,智能材料还需要不断地向前发展;最后,智能材料的研究和发展没有一个确定的目标,这也抑制了其可持续地发展。当前智能材料依托于相关的技术,技术发展了,智能材料随之得到发展,而没有系统的研究规划。在未来,智能材料必将成为建筑工程的最基本的材料,那么在研究和应用的时候就应当有系统的目标,以建筑工程的需求为主研究各种智能材料的应用;并且尽可能地降低成本,使其能够广泛应用到一般民用建筑中去;进一步研究,与其他的学科综合起来交叉研究,研发出更多的真正智能化的智能材料,从而在建筑工程中解放大量的人力,能够切实给人们带来便捷,享受到科技的乐趣。

四、结语

第一次工业革命和第二次工业革命之间隔了一个多世纪的时间,第二次工业革命和第三次工业革命之间隔了也是一个多世纪的时间。我们无法预言第四次工业革命什么时候能够到来,但是我们现在正身处一个技术大爆炸的时代,所有领域的技术都呈现出火箭式的增长。土木工程领域的智能材料应用亦是如此。当前的智能材料其实正在萌芽阶段,材料的智能化还没有被充分开发出来,随着人们的需求越来越高和相关技术的不断发展,未来会有更多更智能的材料出现在土木工程中,为人们的生活带来更多的便利。

参考文献

[1]淘宝w,熊克等.智能材料结构[M].北京:国防工业出版社,2011

[2]骆英,陶宝w.土木工程只能结构中传感器原理与应用[J].江苏理工大学学报(自然科学版),2000(04).

智能材料范文第9篇

关键词:智能材料;土木工程;光导纤维;压电材料

引言

世界范围内,第一次智能材料的研发成功始于上世纪七十年代的美国,到八十年代,复合智能材料的应用风靡全球,美国首先提出了智能材料结构的概念。智能材料的智能主要体现在,其具备感知内外部环境变化的能力,并通过分析判断来调正自身以适度符合环境。目前,随着光钎、压磁、压电和形状记忆合金等材料的发展,智能材料已经被广泛应用于土木工程的各个领域。最基本的智能材料一般被称为感知材料,其可以感知内外部刺激的材料。通过感知内外部条件变化,并做出适应环境调整的材料被称作驱动材料[1]。现在的智能材料,一般需要多种材料复合组装来实现环境变化情况下材料结构的诊断、修复、调整[2]。

1 智能材料在土木工程中的应用

1.1 光导纤维在混泥土材料的监控

光导纤维材料,是一种光通信介质,其最大优点是传输速度快、信号衰减低和并行处理能力较强,经常被用于高要求的通信传输中。光导纤维和光纤传感器在土木工程中,主要用于对混泥土固化的监控。混泥土结构最大的缺点是抗拉强度弱、内部钢筋容易被腐蚀等,在大面积浇筑过程中由于混泥土结构内部和外部温度差异而导致混泥土块体出现裂缝。这种情况下,将光纤作为传感元件埋入混泥土结构中,对结构的强度、温度、变形、裂缝、振动等可能引起混泥土结构损伤的危险因素进行检测、诊断、预报。更进一步,如果控制元件能接入信息处理系统,并引入形状记忆类金属等智能材料,形成完整的控制系统,将能实现混泥土材料的自适应功能――这正是目前智能材料结构系统在土木工程中应用的前沿课题。

1.2 压电材料

压电材料一般是指在收到压力后,材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知,利用传感器输出结果,从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上,采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量,从而实现对于结构震动的控制,这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步,压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。

1.3 压磁材料

压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理,当磁场的强度高于临界强度时,磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质,控制流体特性实施时需要较低的能量,因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点,磁流变材料可用于高层建筑的结构中,实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔,使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应,这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换,这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。

1.4 形状记忆合金

形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能材料。形状记忆合金的形状被改变后,在一定条件下能激发其形状记忆效应,这一过程中,材料产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变,同时具有较强的能量传输储存能力。基于这一特性,形状记忆合金在土木工程中最大的用处是用于各种结构中来实现结构的自我诊断、增加材料的韧性和强度等、增强材料的适应控制。形状记忆合金还可以被研制成智能驱动器,用于对结构变形、裂缝和振动方面的控制。形状记忆合金具有较高相变回复力,结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统,该系统可实现相变伪弹性性能,可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。目前的土木工程实践中,通常在结构层间或底部等受地震作用较大的位置安置形状记忆合金被动耗能控制系统,用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知,进而起到消耗地震能量的作用。

2 智能材料的优点局限性

土木工程中应用的智能材料具有反馈信息、自我诊断、自我修复、自适应能能力,实践也表明,智能材料在实际土木工程中的应用使得工程结构具有高强度和耐久性等特点,同时能智能化地执行指令,能较好的适应外部环境的变化。但上述的光纤、形状记忆合金、压电和压磁等材料,本质上属于高智能复合材料,其最大的局限性在于使用成本很高,造价太贵。这一缺点,使得目前对于智能材料的应用智能局限于档次较高、标准较高的建筑工程,智能材料在普通民居建筑中的应用还遥遥无期。另外,智能材料的应用需要相应的技术和配套材料设备的配合支撑,在施工中对于施工技术和工艺的要求较高。因此,但就目前看,对智能材料的应用还不可能实现全方位的广泛普及,但是,智能材料可能是未来土木工程材料的研究和发展方向。

3 结束语

综上所述,智能材料在土木工程中的应用弥补了传统建筑结构适应环境能力弱的缺点,将建筑结构需要人为检测转向建筑结构带自我检测、调整和适应功能。目前智能材料的应用还局限在少部分高要求和高标准的建筑项目,科学界对于智能材料以及相关技术和配套设备的研究,是未来智能材料能广泛应用与土木工程结构的前提和基础。

参考文献

[1]周剑霞,刘冬梅.智能材料在土木工程中的应用浅析[J].科技与企业,2014(7):216.

[2]涂远.智能材料在土木工程中的应用[J].福建建筑,2014(2):26-28.

智能材料范文第10篇

摘要:随着材料科学与电子技术的不断发展与进步,未来的建筑行业走向智能化已是必然的趋势,智能材料将会未来的建筑行业中起到举足轻重的作用,智能材料的主要依据产生于仿生学,这样能够充分提升高效建筑材料的研制,使得智能材料及其在绿色建材中起到良好的作用。本文主要讲述了关于智能材料的工作原理,对绿色智能建筑材料进行了有效的分类,并且对智能材料在绿色建材中的应用作出了相关的分析,从而使得智能材料及其在绿色建材中的应用得到有效的发展。

关键词:智能材料;绿色建材;应用

基于当前无论是电子技术、材料科学,还是自动控制手段都随着经济的发展得到了出人意料的提高,建筑及其所用的材料趋向于智能化更是越来越明朗化。在二十世纪九十年代“智能材料”就此产生,然而,智能材料所得出的构想来自于仿生,全面以研制出一种能够充分具有生物的各种功能的材料作为目的。其中,记忆、自修复能力、自感知以及自适应是智能材料的主要内容。智能材料与结构材料、功能材料之间是存在差异的,因为智能材料自身便可感受并取得外界的相关信息,并且根据该依据做出正确的解决或者指令,从而对自身状态进行调整以能够充分适应外界所产生的变化。此外,智能材料当前已然在绿色建材中饱受广泛应用。

一、智能材料的工作原理

通常而言,智能材料主要源于驱动材料、基本材料、敏感材料、其他材料和信息处理器而组织产生的。其中,驱动材料主要是指在所具有的条件下对相应的材料进行控制,主要有压电材料以及光纤材料等类型。基本材料主要是指围绕担承载轻质材料、高分子材料以及耐腐蚀性材料而进行的,从而充分表达了金属材料所具有的相关作用。敏感材料能够对传感任务起到承担的作用,然而在遇到环境产生变化时,能够通过敏感的感知能力对环境所发生的变化及时有所察觉,从而使得材料记忆因此得到更好的适应能力。而其他材料则是充分将导电材料与磁性材料结合到半导体材料中,并且在进行信息处理器的研究时,具有能够对传感器信号进行良好的处理功能。

二、绿色智能建筑材料的分类

通常而言,智能材料能够划分成多种类型,通常情况下能够根据功能的性质来进行划分,主要有光导纤维、压电以及电流变体等等类型。其中,根据来源可分为金属系智能材料、高分子智能材料以及无机非金属材料这三方面的类型。然而,按照材料模拟生物方面又可分为:1.智能传感材料,专门用于对各种热、电以及磁等信号进行相关的检测工作,从而能够感知并将所感知到了信息进行反馈的一个形式,在智能材料中是必不可少的一种材料。2.智能驱动材料,主要的作用是能够很好地将温度以及电场变化进行相应的分析,其中驱动材料最常用的就是机械的响应能力,因为它具有较强的记忆能力,并对相应的数据进行相关的统计。3.智能修筒牧希其主要作用是能够对材料实施结构再生以及恢复的能力,从而使得材料的使用能力得到充分提高。4.智能控制材料,主要是根据智能传感材料所反馈出来的信息进行相应的记忆、存储,并且还能对材料信息进行有效的修复。此外,还能对微型计算机进行智能控制,从而使得所潜在的问题能够得到很好的解决。

三、智能材料在绿色建材中的应用分析

(一)“智能皮”建筑材料

所谓“智能皮”建筑材料主要是指外在应用方面,然而这一方面在国外的研究做的非常透彻,不仅完成了基本的框架更是对此进行了拉伸以及沿用,换句话就是说将建筑外面充分制作成相似于一个气球的形状,起到节省空间的作用,同时在应用上采用高科技的照明以及新型信息的解决方式,能够充分对建筑的外在实施全面的创新。此外,智能建筑皮材料主要是根据采取气凝胶来作为绝热处理的,使得智能皮建筑材料在白天时能够起到吸热的功能,而在晚上时能够进行放热的功能,同时还可以进行蓄电的能力,也就是收集阳关的热能在需要时起到能够提供供电的功能。

(二)智能玻璃墙

智能玻璃在建筑的外墙中起到技术处理的作用,采取这样的方式能够很好的将光污染现象尽可能的降到最低,并且还能够对室内卫生的质量进行相关的处理,使得室内卫生能够达到很好的效果,其中,最主要的功能就是建筑整体通风以及空调系统自动控制能力能够在很大程度上进行较好的处理,然而充分采取传统的技术方法对建筑墙体进行相关的创新等主要是其核心技术来进行,从而使得建筑采光能够得到有效的提高。

(三)智能板材

模克隆多层紫外线防护IQ-Relex板材是一种相对而言比较新型的建筑材料,它是来自于德国拜耳材料科技集团所研制出来的,能够在骄阳似火的夏季中将太阳所折射出的紫外线进行反射,使得室内的温度得到降低。然而在天寒地冻的冬季中则起到吸收阳关温度的功能,从而利用阳光的温度提供温暖。这样的智能板材不仅具有质轻、坚固以及耐腐蚀性好的作用,同时还具有易加工等优点,与一般所使用的板材相比能够在很大程度上降低辐射,对于建筑墙面与顶棚而言是非常好的材料。

(四)智能涂料

基于涂料材料的功能性已然越来越强,智能材料在生态住宅中起到重要的作用是必然的趋势。通常而言冬季都是属于比较寒冷的天气,这时冬季只有充分使用轻质热敏型涂料能够使得室内的颜色由夏季的浅色在进入到冬季时转换成深色系,为冬季提供所需的温暖。智能涂料在白天时具有吸收能量的功能,在进入到夜晚时具有能够采取电流的形式充分将热能进行释放。此外,智能涂料还具有可以健康卫生的功能,涂料中所含有的抗菌聚起到杀死细菌的效果,同时,涂料中具有吸收性能的能够起到消除烟味、异味的功效以保证室内卫生得到健康保障。

四、结论

总而言之,智能材料本就是具有仿真生命系统的一种材料,能够利用自身所具备的感知能力进行相关数据、信息的分析,并且能够对材料进行自身反馈的一种机制,将材料充分应用到实际中能够在很大程度上完善建筑的整体质量,使得设计的建筑的美感以及高科技感得到很好的诠释。智能化产品不仅在现代绿色建筑开发以及应用中起到举足轻重的作用,甚至在各个领域中其作用更是不容小觑的。建筑也是象征着国家、人们的经济能力、生活水平的体现,因此,全面发展智能化绿色建筑材料能够在很大程度上满足国家、人们对高品质生活水平的追求。

参考文献:

[1]黄静晗,肖卓,瓦晓燕.智能材料及其在绿色建材中的应用[J].建材发展导向.2015(16):39-40

[2]李诚诚.浅谈绿色建材在建筑节能中的应用[J].居业.2016(03):23-24

[3]宁愿.浅析环保建材在绿色建筑设计中的应用.[J].绿色环保建材.2017(01):17

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