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可谓席卷全球，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，人类创新的步伐也不可能就此止步。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”的认识。智能材料制作的可穿戴设备，将如同具有生命一般感知每个人不同的身体特征，感知周围环境发生的变化，甚至能够做出反应帮助人类。

    1、定义

    智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。

    2、构成

    一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。

    （1）基体材料基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料。一般基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。

    （2）敏感材料敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、PH值等）。常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。

    （3）驱动材料因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务。常用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用，这也是智能材料设计时可采用的一种思路。

    （4）其它功能材料包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。

    （5）信息处理器信息处理器是核心部分，他对传感器输出信号进行判断处理。

    3、分类

    可用于智能材料的材料种类在不断扩大，因此智能材料的分类方法很多。一般若按功能来分可以分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电 （磁）致伸缩材料等。若按来源来分，可以分为金属系智能材料、无机非金属系智能材料和高分子能材料的应用系智能材料。金属系智能材料目前所研究开发的主要有形状记忆合金和形状记忆复合材料两大类；无机非金属系智能材料在电流变体、压电陶瓷、光致变色和电致变色材料等方面发展较快；高分子系智能材料的范围很广泛；有高分子凝胶、智能高分子膜材、智能型药物释放体系和智能高分子基复合材料等。

    4、几种常见的智能材料

    （1）压电材料

    压电材料是一种能够实现电能与机械能相互转化的机敏材料，压电材料主要包括无机压电材料、有机压电材料和压电复合材料3类。居里（Curie）兄弟在对石英晶体的介电现象和晶体对称性的试验研究中发现了压电效应，压电效应分为正压电效应和逆压电效应2种情况。当机械力作用在其上时，内部正负电荷中心发生相对位移而产生电的极化，就是正压电效应。

    （2）形状记忆合金

    形状记忆合金是自执行智能材料的一种。20世纪60年代美国海军军械研究所的Buehler在研究中发现了镍钛（Ni-Ti）合金具有“形状记忆效应”，并以此为基础研究了形状记忆合金。利用这一特性可以制成理想驱动器，因其被加热至奥氏体温度时，可自行恢复到原形状。其通常以细丝状态用于智能结构，主要适合于低能量要求的低频和高撞击应用。目前形状记忆材料已经形成了相对较大的一个门类，主要分为：形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物。

    （3）电流变液

    电流变液也是自执行智能材料的一种，是与磁流变体性能极为相似的混合物。这种材料在常态下是流体，其中自由分布着许多细小可极化悬浮颗粒，当这种流体处于电场或磁场中，在电场或磁场的作用下，其中的悬浮颗粒很快形成链状，从而形成具有一定屈服强度的半固体，这样的电流变体或磁流变体具有响应快、阻尼力大、功耗小的特点。

    结语

    智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。构成智然材料的基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变液、磁致伸缩材料和智然高分子材料等。智然材料的出现将使人类文明进入一个新的高度，但目前距离实用阶段还有一定的距离。

    今后的研究重点包括以下六个方面：

    （1）智能材料概念设计的仿生学理论研究

    （2）材料智然内禀特性及智商评价体系的研究

    （3）耗散结构理论应用于智能材料的研究

    （4）机敏材料的复合-集成原理及设计理论

    （5）智能结构集成的非线性理论

    （6）仿人智能控制理论