1120122351宋紫阳 智能无机非金属材料材料.docx

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1、智能无机非金属材料现状与发展趋势作者 宋紫阳 学号 1120122351 学院 材料学院班级 09221201 电子封装技术摘要：研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文简要叙述了智能材料的概念，对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，并结合当今智能无机非金属材料发展的现状,做了进一步的研究与展望。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有着广阔的应用前景和良好的就业形势。关键词： 智能 智能材料 无机非金属 研究发展 智能无机非金属材料 前景0引言: 作为一名材料学院的大一学生，

2、我对智能材料的现状及其发展颇为关注。下面我简要介绍一下智能材料。智能材料是对使用环境敏感而且能对环境变化作出灵活反应，具有感知，反馈和判断的功能的材料，它具有反馈，信息积累和识别，学习能力和预见性，响应性，自修复，自诊断，自动动态平衡及自适应等基本特征。当下，智能材料亦具有广泛的应用，其在建筑和结构工程领域，航空航天领域，抑制振动和噪音，机器人，医学领域，乃至日常生活上都有应用。而智能材料之中的一大类，便是无机非金属系智能材料。1智能无机非金属材料 智能无机非金属材料是一类具有良好的自诊断，自修补，自愈合和自适应功能的无机非金属材料。其主要分类如下：（1）智能陶瓷材料中的t-ZrO2晶粒在烧成

3、后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断并达到增韧的作用。 （2）智能混凝土1）添加碳纤维的混凝土材料 将碳纤维与玻璃纤维组合形成的纤维束包裹在树脂中，形成复合材料的“扎”，埋入混凝土结构中。在拉伸应力下，随加载增加，材料电阻逐渐升高，当加载到材料强度的70或形变达到允许形变量的60左右时，碳纤维断裂，电阻值出现急剧升高

4、趋势。据此可以预测纤维束完全断裂前的状态，达到预警的目的。2）添加光纤的混凝土结构3）自愈合混凝土将粘结剂填入中空玻璃纤维，埋入混凝土中，玻璃纤维使粘结剂在混凝土中可长期保持性能，直到结构开裂致玻璃纤维断裂时粘结剂被释放出来，把裂纹修补好。 为防止玻璃纤维断裂，将填充了粘结剂的玻璃纤维用水溶性胶粘结成束，然后平直地（无卷绕）加入混凝土中。在混合过程中，混凝土中的水将胶溶化，于是纤维分散开来，凝固后就得到自愈合混凝土。 （3）自修补自愈合材料 在人造材料中加入一些易扩散的物质或修复剂，在材料出现损伤时，内部组分向损伤部位迁移，聚集并结合成高硬度的新物质；或者损伤部位的修复剂被释放出来进行修复，从

5、而使损伤愈合。（4）变色玻璃1）光致变色玻璃在光的激发下发生变色反应的玻璃 2）电致变色玻璃利用电致变色材料特性由基础玻璃和电致变色材料构造的玻璃装置，可通过“电开关”实现对通过光、热的动态调节。也称为智能窗(Smart Window)或敏感窗。3）热致变色玻璃在两个玻璃层之间填入一种带颜料的高分子微小颗粒。这种颗粒可随温度的变化改变自己的体积。当温度上升时，其体积变大，透明度降低，可把80%的光遮蔽掉；当温度降低后，又可恢复原状，光的透过又增大。 2智能无机非金属材料材料的发展现状 下面重点论述智能无机非金属的发展现状。20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子

6、学、生物医学和环境保护等新技术的兴起，人们对材料提出了更高的要求，促进了智能无机非金属材料的迅速发展。3040年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷等。5060年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结构陶瓷、氧化铝透明陶瓷、氧化铝快离子导体陶瓷、气敏和湿敏陶瓷等。至今，又出现了变色玻璃、光导纤维、电光效应、电子发射及高温超导等各种新型智能无机非金属材料。近些年，随着科学技术的进步，智能无机非金属材料都有了一些新的发展趋势。1、生态与环保意识加强,建立科学的评价体系,实现可持续发展西方发达国家在促进传统无机非金属材料产业健康、可持续发展方面的采取了许多重要措施。世

7、界发达国家十分重视建材工业的可持续发展与绿色评价。生态评价也成为世界可持续发展的一个重要手段。目前,许多国家正在进行“生态城市”的建设与实践,推广建筑节能技术材料,使用可循环材料等,改善城市生态系统状况。由此，提出了绿色建材、环保建材与节能建材的概念,并开展了大量的研究与实践工作。与西方发达国家相比,我国还存在很大的差距,特别是缺乏立法支持与技术标准的指导以及相应组织的管理与监督,使我国的传统无机非金属材料工业发展还有很大的提升空间。面对资源和环境对我国经济发展的严峻考验,国民经济的可持续发展战略显得愈加重要。而中国在工业化的过程中，对于智能无机非金属材料的可持续性发展，也必然是日后的又一大趋

8、势。2、向着节能、降耗的方向发展传统的无机非金属材料工业是能源消耗大户,在世界能源日益短缺的今天,如何生产节能、降耗,以及如何生产出高质量的建筑节能、保温，以及如何选择出资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的发展方式和智能材料是未来的一大重要的发展趋势。发展趋势会将新型墙体材料、高质量门窗、中空玻璃应用向着提高材料性能、使用寿命的方向发展。而低寿命设计、大量重复建设已经严重制约城市建设的发展，故现代化建筑需要高性能智能无机非金属材料的支持,而提高建筑的耐久性又对建筑材料的使用寿命提出了更高的要求。3、单线生产能力向大型化发展无论是水泥工业、玻璃工业，还是陶瓷工业，单条生产线的生产能力

9、有大型化的趋势。生产线的大型化可以有效提高产品的质量，降低能源消耗，提高智能无机材料的产量。4、向着智能化方向发展建筑的智能化需要建筑材料的支持。随着技术的进步和生活水平的提高,建筑材料的安全性智能诊断等智能技术将更多的应用于建筑中。5、向着复合化、多功能化方向发展复合材料具有单一材料所无法满足的使用功能,是建筑材料的发展趋势,对建筑材料的功能要求越来越趋向于多功能化，复合智能材料的应用势必增大材料的功能和性能，但可能存在一些制作工艺过程中的难度，这一难题的突破也势必成为今后智能材料的重要发展趋势。3 智能无机非金属的前景 下面重点论述智能无机非金属的前景。在美国、日本、西欧等所有发达国家在其

10、科技发展战略中都把无机非金属新材料的发展放在优先发展的重要位置。例如，美国为了保持在高技术和军事装备方面的领先地位，在先后制定的先进材料与技术计划（AMPP）和国家关键技术报告中，新材料为六大关键技术之首，而无机非金属新材料占有相当比例；日本发表的21世纪初期产业支柱所列的新材料领域的14项基础研究计划中，其中七项涉及无机非金属新材料的研究领域。未来科学技术的发展，对各种无机非金属材料，尤其是对特种新型材料提出更多更高的要求。材料学科有广阔的发展前景，复合材料、定向结晶材料、增韧陶瓷以及各种类型的表面处理和涂层的使用，将使材料的效能得到更大发挥。由于对材料科学基础研究的日益深入，各种精密测试分

11、析技术的发展，将有助于按预定性能设计材料的原子或分子组成及结构形态的早日实现。经过对无机非金属材料发展的历史及现状的研究与分析，以及对其未来发展方向的展望。现代技术中的信息、航空航天、能源、生物工程、环境工程等的迅速发展对于材料的性能提出了各种需求，促进了无机非金属材料的发展。由此出 、现了许多新型材料，其中工程陶瓷材料，陶瓷高临界温度Tc超导材料和智能材料等的出现提出了无机非金属材料学的新的研究方向，而复合材料和纳米材料则为无机非金属材料开辟了新的研究领域。近10年来，整个世界从信息时代进入了高智能化的人机交互时代，人机交互技术已经进入了每个人生活的方方面面。前一段时间，苹果公司出的一个视频

12、很受欢迎，里面描述了对未来高智能化生活的展望，而标题是“玻璃中的一天”，可以说，智能无机非金属智能材料正以前所未有的速度发展且势头正猛，在对未来生活的展望中，占据着不可或缺的地位。4结语： 目前，智能无机非金属材料尚处在研究发展阶段，它的发展与社会环境的需求密不可分，如飞机坠机和主要建筑结构的损坏，激励人们对具有自预警，自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研究。以材料本身的智能性开发来满足人们对材料，系统和结构的期望，使材料结构能“刚”“柔”结合，以自适应环境的变化。在未来的研究中，应以一下几个方面为重点。(1) 如何利用飞速发展的信息技术成果，将软件功能引入材料，系统和结构中；(2) 进一步加强探索型理论研究及材料复合智能化的机理研究，加速发展智能材料科学；(3) 加强应用基础研究。