第一章 绪论

1、基本概念

仿生学概念：人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。人类很早就认识到生物具有许多超出人类自身的功能和特性。对生物的结构、形态、功能和行为等进行研究，我们就会从自然中获得解决问题的智慧和灵感。 生物材料：通常有两个定义，一是有生命过程形成的材料，如结构蛋白（蚕丝等）和生物矿物（骨、牙、贝壳等），另一个是指生物医用材料(Biomedical materials),其定义随医用材料的发展不断发展，指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。 仿生材料（Bio-inspired）：受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材料。 材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。 智能材料：具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的类似生物智能特征的材料。

2、智能材料的特征

具体地说，智能材料具备下列智能特性：

(1)具有感知功能，可探测并识别外界（或内部）的刺激强度，如应力、应变、热、光、电、磁、化学、辐射等；

2)具有信息传输功能，以设定的优化方式选择和控制响应；

(3)具有对环境变化作出响应及执行的功能；

(4)反应灵敏、恰当；

(5)外部刺激条件消除后能迅速回复

智能材料必须具备感知、驱动和控制三个基本要素。

3、智能材料的构成

智能材料一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。它不是传统的单一均质材料，而是一种复杂的智能材料系统。

基体材料因为质量轻，耐腐蚀；以轻质有色合金为主。

敏感材料担负传感的任务，其主要作用是感知环境的变化（温度、湿度、压力、pH值等）。

压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色、液晶材料等。

在一定条件下， 驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负响应和控制的任务。 常用的驱动材料有形状记忆材料、压电材料、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

4、智能材料的应用

（1）用于航空、航天飞行器：例：采用光纤传感器阵列和聚偏氟乙烯传感器的智能结构可对机翼、机架以及可重复使用航天运载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测；空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构，可实时探测由于交会对接碰撞、陨石撞击或其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实施自诊断。

（2）用于建筑、工程结构：例：可以利用形状记忆合金材料对应变敏感、电阻率大及加热后可以产生大回复力的特点，将记忆材料埋植在各种结构中，再配上微处理器，使之集传感驱动于一体，便构成自动探测裂纹或损伤和主动控制裂纹