材化 智能无机非金属材料优秀PPT.ppt

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1、材化 智能无机非金属材料你现在浏览的是第一页，共36页智能材料 无机材料 材料科学的发展演化过程材料科学的发展演化过程你现在浏览的是第二页，共36页材料发展的总趋势3普普通通材材料料智智能能材材料料功功能能材材料料你现在浏览的是第三页，共36页何谓智能材料?智能材料为一种新型材料，集传感、控制和驱动三种功能于一身，对环境做出灵敏、洽当的反应。4你现在浏览的是第四页，共36页来源与动机。智能材料的提出源自于仿生构思。能接受、感知信号，且能处理并做出适当的反应而去执行。5你现在浏览的是第五页，共36页 智能材料的原理图。你现在浏览的是第六页，共36页智能材料的原理。智能材料系统由三个基本成分组成:

2、一、是感觉系统。二、是传导与综合系统三、是执行系统你现在浏览的是第七页，共36页智能材料的特性(1)传感功能(2)反馈功能(3)讯息累积和识别功能(4)学习能力和预见性功能(5)响应性功能(6)自修复功能(7)自诊断功能(8)自动动态平衡及自适应功能8仿生构思你现在浏览的是第八页，共36页智能材料的组成9讯息处理器讯息处理器驱动系统驱动系统基体材料基体材料感测系统感测系统控制系统控制系统智能材料智能材料你现在浏览的是第九页，共36页智能材料的分类 -介绍几种典型的智能材料1、记忆合金记忆合金2、无机非金属材料智能材料无机非金属材料智能材料3、光导纤维光导纤维4、电敏、磁敏材料材料电敏、磁敏材料

3、材料5、压电陶瓷、压电聚合物、压电陶瓷、压电聚合物你现在浏览的是第十页，共36页 形状记忆合金（形状记忆合金（Shape Shape Memory Alloy,SMA)Memory Alloy,SMA)是是金属系智能材料中最闪金属系智能材料中最闪光的部分光的部分,是一种兼有是一种兼有感知和驱动功能的新型感知和驱动功能的新型材料。材料。形形状状记忆合金。你现在浏览的是第十一页，共36页 形状记忆合金形状记忆合金发展历史：发展历史：国外国外 60 60年代就开始了研究年代就开始了研究 国内国内 70 70年代开始研究。年代开始研究。近年来，研究近年来，研究SMASMA性能并将其应用于智能性能并将其

4、应用于智能 材料与结构，引起了国内外研究工作者的广材料与结构，引起了国内外研究工作者的广泛兴趣。泛兴趣。你现在浏览的是第十二页，共36页形状记忆合金形状记忆合金原理原理 -形状记忆效应形状记忆效应 在较低温度下受力发生塑性变形后，经过加在较低温度下受力发生塑性变形后，经过加热，又恢复到受力前的形状，即塑性变形热，又恢复到受力前的形状，即塑性变形因受热消失。材料似乎对初始形状有记忆因受热消失。材料似乎对初始形状有记忆性，故称这种特性为形状记忆效应，或性，故称这种特性为形状记忆效应，或“SMESME”。具有形状记忆效应的合金，就是形状具有形状记忆效应的合金，就是形状记忆合金，或记忆合金，或“SMA

5、SMA”。你现在浏览的是第十三页，共36页 马氏体相变马氏体相变 马氏体相变是产生形状记忆效应马氏体相变是产生形状记忆效应（Shape Memory Effect,SME)的最根本的原的最根本的原因。因。原理图如下：原理图如下：母体母体高温下稳定晶体高温下稳定晶体结构结构热诱发热诱发马氏体马氏体低温下稳定晶体结低温下稳定晶体结构构加热加热你现在浏览的是第十四页，共36页 具有形状记忆效应的合金必须满足下列条件：具有形状记忆效应的合金必须满足下列条件：随着温度的变化，母相和马氏体相之随着温度的变化，母相和马氏体相之间界面的移动是可逆的；间界面的移动是可逆的；合金中的异类原子必须为有序结构，合金中

6、的异类原子必须为有序结构，无论它们是处于母相态还是马氏体态；无论它们是处于母相态还是马氏体态；“母相母相-马氏体马氏体”相变，在晶体学上相变，在晶体学上是可逆的。是可逆的。因此并非所有发生马氏体相变的合金都呈现因此并非所有发生马氏体相变的合金都呈现SME。如，钢是发生马氏体相变的代表，但如，钢是发生马氏体相变的代表，但它们几乎不呈现它们几乎不呈现SME。你现在浏览的是第十五页，共36页 形状记忆合金智能材料的制备形状记忆合金智能材料的制备 SMA材料的制备方法对其材料特性有着重要材料的制备方法对其材料特性有着重要的影响，为了使的影响，为了使SMA元件获得所需要的性能，元件获得所需要的性能，除了

7、选择适当的合金材料成分外，还必须选除了选择适当的合金材料成分外，还必须选择合适的制备工艺。择合适的制备工艺。下面以下面以Ni-Ti 合金为例对常用的几种制备合金为例对常用的几种制备方法作一简单的介绍方法作一简单的介绍你现在浏览的是第十六页，共36页（1）熔炼和铸造）熔炼和铸造Ti的化学的化学活性较高活性较高熔炼和铸造须在隔绝熔炼和铸造须在隔绝空气的条件下进行空气的条件下进行使用无坩埚的氩弧熔使用无坩埚的氩弧熔化或电子束熔化制备化或电子束熔化制备影响的工艺参数有影响的工艺参数有:真空度、熔化时间真空度、熔化时间你现在浏览的是第十七页，共36页（2）成形与热）成形与热处处理理 通常可采用螺旋弹簧来

8、扩大通常可采用螺旋弹簧来扩大SMA元件的动元件的动作行程。作行程。少量的螺旋弹簧可以在圆筒状固定夹具上少量的螺旋弹簧可以在圆筒状固定夹具上绕制，大批量的螺旋弹簧则可以在自动卷绕绕制，大批量的螺旋弹簧则可以在自动卷绕机上成形。机上成形。热处理作用：使合金材料记住成形后的形热处理作用：使合金材料记住成形后的形状。状。热热处处理方法理方法:通常将材料在通常将材料在673K下经过数小时的保温处下经过数小时的保温处理。理。你现在浏览的是第十八页，共36页形状记忆合金的形状记忆合金的应用：应用：广泛用于多种制动器，航天器天线，管广泛用于多种制动器，航天器天线，管道连接件，医疗外科的矫正器，医用材料，道连接

9、件，医疗外科的矫正器，医用材料，机器人肘关节等方面。机器人肘关节等方面。让我们来看一段奇妙的记忆合金让我们来看一段奇妙的记忆合金 （观看视频观看视频）你现在浏览的是第十九页，共36页无机非金属材料除了有机高分子材料与金属材料以外的几乎所有材料的统称。20无机非金属材料胶凝材料天然材料玻璃陶瓷气硬性凝胶材料水硬性凝胶材料普通玻璃特种玻璃普通陶瓷特种陶瓷你现在浏览的是第二十页，共36页智能无机非金属材料无机非金属材料是指具有如高强、轻质、耐磨、抗腐、耐高温、抗氧化以及特殊的电、光、声、磁等一系列优异综合性能的新型材料，是其它材料难以替代的功能材料和结构材料。无机非金属新材料具有独特的性能，是高技

10、术产业不可缺少的关键材料。21你现在浏览的是第二十一页，共36页典型的智能无机非金属材料22玻璃玻璃水泥水泥陶瓷陶瓷磁砖磁砖智能化水泥基水泥基材料材料自洁磁自洁磁砖砖变色玻变色玻璃璃自诊断自诊断自愈合自愈合你现在浏览的是第二十二页，共36页 水泥基材料中掺加一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维后，材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。因此，该材料可以监测拉、弯、压等工况及静态和动态载荷作用下材料内部情况。在水泥净浆中0.5%（体积）的碳纤维用做传感器，其灵敏度远远高于一般的电阻应变片。水泥基材料水泥基材料你现在浏览的是第二十三页，共36页自诊断、自修复陶瓷1.高温下陶瓷涂层的自动成膜机制。2.

11、微波辐射使陶瓷材料内部裂隙愈合的机制。24你现在浏览的是第二十四页，共36页变色玻璃。光致变色、电致变色、热致变色三种类型。25你现在浏览的是第二十五页，共36页光致变色玻璃。26光致变色玻璃是一种能在光的激发下发生变色反应的玻璃。你现在浏览的是第二十六页，共36页电致变色玻璃。NiO1-X(初始态)+yM+ye MyNi1-XO(漂白态)MyNi1-XO(漂白态)My-2Ni1-XO(显色)+2M+2e27你现在浏览的是第二十七页，共36页瓷砖的自清洁 根据自清洁的原理不同,自清洁涂料可以分为超疏水和超亲水2类。超疏水涂料是通过水滴的滚动带走污物,而超亲水涂料是通过在其表面形成水膜并带走或隔

12、绝污染物而实现自清洁的作用。你现在浏览的是第二十八页，共36页对于超亲水涂料的详细介绍 无机亲水性涂料是在基材表面沉积或涂覆纳米S iO2 或纳米T iO2 膜,此类超亲水自清洁涂膜常通过2种典型的特性发挥清洁性能:一是纳米S iO2 或纳米T iO2 的光催化特性,可以光降解有机污染物;二是纳米SiO2 或纳米T iO2 的光致超亲水特性,在基材上形成水膜,隔绝污染物的附着。而其中以纳米T iO2 的应用最为广泛,本文将主要讨论无机TiO2 超亲水自清洁涂料。你现在浏览的是第二十九页，共36页无机非金属材料的优点30耐压强度高耐压强度高耐高温耐高温抗腐蚀性抗腐蚀性硬度大硬度大传传统统新新型型

13、具电学特性具电学特性具光学特性具光学特性你现在浏览的是第三十页，共36页无机非金属材料的缺点无机非金属材料的缺点31抗拉强度低抗拉强度低制作过程复杂制作过程复杂缺乏延展性缺乏延展性你现在浏览的是第三十一页，共36页 材料内部温度、压力、张力或其它物理、化学条件的变化能改变嵌入其中的光导纤维的性能,因而改变输出的光信号。这种光信号能构成关于材料内部状态的直接图象。光导纤维光导纤维你现在浏览的是第三十二页，共36页智智能能服服装装和和纺纺织织品品随随着着纤纤维维状状智智能能材材料料研研发发水水平平的的提提高高，智智能能服服装装将将成成为为未未来来纺纺织织工工业业的的弄弄潮潮儿儿，它它主主要要类类别

14、别有有智智能能控控温温织织物物、抗抗浸浸透透湿湿织织物物、形形状状记记忆忆织织物物、导导电电织织物物、变变色色织织物物等等。挪挪威威一一家家公公司司宣宣布布，他他们们正正在在开开发发一一种种智智能能布布料料，让让衣衣服服也也可可以以像像空空调调一一样样冬冬暖暖夏夏凉凉。你现在浏览的是第三十三页，共36页电敏、磁敏材料 铅镁锐酸盐是一种电敏材料,在电场中形状发生改变。二氧化试是磁敏材料的一种,在磁场下改变形状。它们一可分别用于由电场或磁场触发的执行系统。按照这些智能材料的特有性质,它们可制造成不同的器件,分别承担感觉系统、传递与综合系统、执行系统等功能。在实际应用中,这些智能材料的器件必须制造的足够小,使它们能结合在普通的材料中而不影响整体强度。你现在浏览的是第三十四页，共36页压电陶瓷、压电聚合物 铅错钦酸盐是一种压电陶瓷,聚偏二氟乙烯则是压电聚合物的一例。由于它们晶 粒或分子结构的极电性,作用在这些物质上 的机械力能迅速地转化为电流;反之,电流 可以被迅速地转化为机械振动。这种材料可以用作压力感觉器或机械执行器。你现在浏览的是第三十五页，共36页36！你现在浏览的是第三十六页，共36页