一文看智能復合材料的未來

來源:中國復材

智能復合材料與結構是在復合材料基礎上發展 起來的一項高新技術 , 它把傳感器 、 驅動器和微處理器等埋在復合材料結構中 , 形成既能承載又具有 某些特定功能的多功能性結構材料。

一文看智能復合材料的未來的圖1

由于復合材料的可設計性強,加之智能結構與先進復合材料的制造方法相同,因此可根據實際應用情況的需要,重新將已或將用于航空航天等結構中的復合材料部件進行智能化處理,這樣可從根本上解決復合材料構件在其結構運行中出現的較難克服的問題如振頗、應力集中等)。

智能復合材料的主要種類和應用
1、 形狀記憶合金纖維增強智能復合材料
SMA 應用于智能復合材料主要由于其具有形狀記憶效應(SME)和超彈性。
2、 光導纖維智能復合材料
智能復合材料中的傳感器是嵌埋在復合材料中的,這要求與基體之間具有良好的兼容性。
3、 碳纖維增強智能復合材料
該復合材料較多地出現在水泥基材料中。將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入水泥基材料中,不僅材料的強度得到提高且具有應力、應變和損傷自檢測功能。
4、 壓電智能復合材料
一文看智能復合材料的未來的圖2
該復合材料具有壓電效應。當在材料上施加外力時,材料產生電壓的現象稱為正壓電效應;而對材料表面施加電場產生應變或應力稱為反壓電效應。即其具有將電能和機械能變換的特性,故可應用于智能結構中,特別是自適應、減振與噪聲控制等方面。
5、 電/磁流變體智能復合材料
電/磁流變體在外加電/磁場作用下,內部會出現一種沿電/磁場方向的纖維狀結構,使得體系粘度在短時間內急劇增大,同時伴隨屈服應力、彈性模量顯著增加,而當撤去外電/磁場后又可在瞬間內恢復到液體。利用這一特點,與其它材料復合可實現材料的智能化。
6、 pH響應凝膠纖維智能復合材料
pH 響應性凝膠纖維是隨 pH 值的變化而產生體積或形態改變的凝膠纖維,即其在水中由于pH值的不同產生可逆的收縮和溶脹,使得化學能和機械能發生相互轉換。
國內外研究發展狀況
一文看智能復合材料的未來的圖3
1、 發展異常迅速
以美國為首的一些西方國家已研制出大型智能復合材料構件,并正在進行模擬測試和臉證。
2、 研究團體日趨增加,多以宇航及國防應用為目標
由于智能復合材料是一種跨學科、跨行業的新技術領域,因此不僅需要材料專家,還需要化學、物理學、系統控制等諸多方面的人才,因而從事該方面研究的跨學科綜合學術團體迅速涌現。而 國防部門及宇航系統對該領域的研究更是給予了高度重視。美國國防部、國家宇航局、空軍及各大飛機制造公司的研究部門以及 日、英等國家均制定和提出了各自完備的發展計劃。
3、 基礎研究與應用研究并行
智能材料雖然發展迅速,但仍然是一個尚未成熟的領域,許多概念仍未認識或統一,因此基礎研究還應大力加強。由于應用目標明確,尤其是軍事需求迫切所至,但構件的研究、制造已經紛紛上馬,并朝著智能的集成化、傳感、動作與控制系統的小型化方向發展。



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