Интеллектуальные материалы , также называемые интеллектуальными или отзывчивыми материалами [1] [ необходима страница ], представляют собой материалы, которые имеют одно или несколько свойств, которые могут быть значительно изменены контролируемым образом внешними стимулами, такими как стресс , влажность, электрические или магнитные поля, свет, температура , pH или химические соединения. Умные материалы являются основой многих приложений, включая датчики и исполнительные механизмы или искусственные мышцы , особенно в качестве электроактивных полимеров (EAP). [2] [ необходима страница] [3] [ необходима страница ] [4] [ необходима страница ] [5] [ требуется страница ] [6] [ требуется страница ] [7] [ требуется страница ]
Термины, используемые для описания интеллектуальных материалов, включают материал с памятью формы (SMM) и технологию памяти формы (SMT). [8]
Типы
Есть несколько видов умных материалов, которые уже распространены. Вот некоторые примеры:
- Пьезоэлектрические материалы - это материалы, которые создают напряжение при приложении напряжения. Поскольку этот эффект также применяется в обратном порядке, напряжение на образце вызывает напряжение внутри образца. Соответственно, конструкции из этих материалов могут изгибаться, расширяться или сжиматься при приложении напряжения.
- Сплавы с памятью формы и полимеры с памятью формы - это материалы, в которых большая деформация может быть вызвана и восстановлена за счет изменений температуры или напряжений ( псевдоупругость ). Эффект памяти формы возникает из-за соответственно мартенситного фазового перехода и наведенной упругости при более высоких температурах.
- Фотоэлектрические материалы или оптоэлектроника преобразуют свет в электрический ток.
- Электроактивные полимеры (EAP) изменяют свой объем под действием напряжения или электрических полей.
- Магнитострикционные материалы изменяют форму под действием магнитного поля, а также изменяют свою намагниченность под действием механического напряжения.
- Сплавы с магнитной памятью формы - это материалы, которые изменяют свою форму в ответ на значительное изменение магнитного поля.
- Умные неорганические полимеры, демонстрирующие настраиваемые и чувствительные свойства.
- pH-чувствительные полимеры - это материалы, объем которых изменяется при изменении pH окружающей среды.
- Термочувствительные полимеры - это материалы, которые претерпевают изменения при изменении температуры.
- Галохромные материалы - это обычно используемые материалы, которые меняют свой цвет в результате изменения кислотности. Одно из предлагаемых применений - это краски, которые могут менять цвет, указывая на коррозию металла под ними.
- Хромогенные системы меняют цвет в ответ на электрические, оптические или тепловые изменения. К ним относятся электрохромные материалы, которые меняют свой цвет или непрозрачность при приложении напряжения (например, жидкокристаллические дисплеи ), термохромные материалы меняют цвет в зависимости от их температуры, и фотохромные материалы, которые меняют цвет в ответ на свет, например, светочувствительные солнцезащитные очки, которые темнеют под воздействием яркого солнечного света.
- Феррожидкости - это магнитные жидкости (подверженные воздействию магнитов и магнитных полей).
- Фотомеханические материалы меняют форму под воздействием света.
- Поликапролактон (полиморф) можно формовать путем погружения в горячую воду.
- Самовосстанавливающиеся материалы обладают внутренней способностью восстанавливать повреждения из-за нормального использования, тем самым продлевая срок службы материала.
- Диэлектрические эластомеры (ДЭ) - это системы интеллектуальных материалов, которые создают большие деформации (до 500%) под действием внешнего электрического поля.
- Магнитокалорические материалы - это соединения, которые претерпевают обратимое изменение температуры при воздействии изменяющегося магнитного поля.
- Умные самовосстанавливающиеся покрытия заживают без вмешательства человека. [9] [10]
- Термоэлектрические материалы используются для создания устройств, которые преобразуют разницу температур в электричество и наоборот .
- Хемореактивные материалы изменяют размер или объем под воздействием внешнего химического или биологического соединения. [11]
Умные материалы обладают свойствами, которые реагируют на изменения в окружающей их среде. Это означает, что одно из их свойств может быть изменено внешними условиями, такими как температура, свет, давление, электричество, напряжение, pH или химические соединения. Это изменение обратимо и может повторяться много раз. Существует широкий выбор различных умных материалов. Каждый из них предлагает разные свойства, которые можно изменить. Некоторые материалы очень хороши и охватывают огромный диапазон масштабов.
Смотрите также
- Умные полимеры
- Программируемая материя
- Датчики
- Приводы
- Искусственные мышцы
Рекомендации
- ^ Бенгису, Мурат; Феррара, Маринелла (2018). Движущиеся материалы: умные материалы, продуманный дизайн . Издательство Springer International. ISBN 9783319768885.
- ^ Шахинпур, Мохсен; Шнайдер, Ханс-Йорг, ред. (2007). Интеллектуальные материалы . Издательство РСК. ISBN 978-0-85404-335-4.
- ^ Шварц, Мел, изд. (2002). Энциклопедия умных материалов . Джон Уайли и сыновья. ISBN 9780471177807.
- ^ Наканиши, Такаши (2011). Супрамолекулярное мягкое вещество: приложения в материалах и органической электронике . Джон Вили и сыновья. ISBN 9780470559741.
- ^ Гауденци, Паоло (2009). Умные структуры: физическое поведение, математическое моделирование и приложения . Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-470-05982-1.
- ^ Яноча, Хартмут (2007). Адаптроника и интеллектуальные структуры: основы, материалы, дизайн и приложения (2-е изд., Перераб .). Springer. ISBN 978-3-540-71967-0.
- ^ Шварц, Мел (2009). Умные материалы . CRC Press. ISBN 9781420043723.
- ^ Мохд Джани, Джарони; Лири, Мартин; Субик, Александар; Гибсон, Марк А. (апрель 2014 г.). «Обзор исследований, применения и возможностей сплавов с памятью формы». Материалы и дизайн . 56 : 1078–1113. DOI : 10.1016 / j.matdes.2013.11.084 .
- ^ Татия, Пюс Д .; Hedaoo, Rahul K; Mahulikar, Pramod P .; Гите, Викас В. (16 января 2013 г.). «Новые микрокапсулы из полимочевины с использованием дендритного функционального мономера: синтез, характеристика и его использование в самовосстанавливающихся и антикоррозионных полиуретановых покрытиях». Промышленные и инженерные химические исследования . 52 (4): 1562–1570. DOI : 10.1021 / ie301813a .
- ^ Chaudhari, Ashok B .; Татия, Пюс Д .; Hedaoo, Rahul K .; Kulkarni, Ravindra D .; Гите, Викас В. (16 июля 2013 г.). «Полиуретан, полученный из полиэфирамидов масла нима для самовосстанавливающихся антикоррозионных покрытий». Промышленные и инженерные химические исследования . 52 (30): 10189–10197. DOI : 10.1021 / ie401237s .
- ^ Хемореактивные материалы / стимуляция химическими и биологическими сигналами , Schneider, H.-J .; Издание :, ( 2015 ) Королевское химическое общество, Кембридж https://dx.doi.org/10.1039/97817828822420
Внешние ссылки
- Серия книг "Умные материалы" , Королевское химическое общество