智能複合材料

智能複合材料為機敏複合材料的高級形式，但機敏複合材料只能作出簡單線性的響應。而複合材料能根據環境條件的變化程度能非線性地使材料適應以達到最佳的效果。可以説在機敏複合材料的自診適應和自癒合的基礎上增加了自決策的功能，體現所具有的高級形式。智能複合材料和系統也可簡稱之為智能材料和系統(intelligent materials and system)尚無統一的名稱，同時它的概念也在不斷的擴展 ^[1]  。

（1）基體材料

基體材料主要起承受載荷的作用，一般選用輕質材料，其中高分子材料因重量輕、耐腐蝕等優點而受到人們的重視。也可選用金屬材料，尤其以輕質有色合金為主。

（2）傳感器部分(敏感材料)

傳感器部分由具有感知能力的敏感材料構成。它的主要作用是感知環境的變化 ,如温度、壓力、應力、電磁場等，並將其轉換為相應的信號。這種材料有形狀記憶合金、壓電材料、光纖、磁致伸縮材料、PH致伸縮材料、電致變色材料、電致粘流體、磁致粘流體、液晶材料、功能梯度材料和功能塑料合金。

（3）驅動器部分

構成驅動器部分的驅動材料如形狀記憶合金、磁致伸縮材料、PH致伸縮材料、電致伸縮材料等。在一定的條件下可產生較大的應變和應力，從而起到響應和控制的作用。可以根據温度、電（磁）場等的變化而改變其形狀、尺寸、位置、剛性、自然頻率、阻尼以及其它一些力學特徵，因而可具有對環境的自適應功能。

（4）信息處理器部分

信息處理器部分是智能複合材料的最核心部分。隨着高度集成的硅晶技術的發展，信息處理器也變得越來越小，這就為將信息處理器複合進智能複合材料提供了良好的條件。

智能材料的構想來源於仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些獨特功能製造人類使用的工具，如模仿蜻蜓製造飛機等等），它的目標就是想研製出一種材料，使它成為具有類似於生物的各種功能的“活”的材料。因此智能材料必須具備感知、驅動和控制這三個基本要素。但是現有的材料一般比較單一，難以滿足智能材料的要求，所以智能材料一般由兩種或兩種以上的材料複合構成一個智能材料系統。這就使得智能材料的設計、製造、加工和性能結構特徵均涉及到了材料學的最前沿領域，使智能材料代表了材料科學的最活躍方面和最先進的發展方向 ^[2]  。

因為設計智能材料的兩個指導思想是材料的多功能複合和材料的仿生設計，所以智能材料系統具有或部分具有如下的智能功能和生命特徵：

（1）傳感功能（Sensor）

能夠感知外界或自身所處的環境條件，如負載、應力、應變、振動、熱、光、電、磁、化學、核輻射等的強度及其變化。

（2）反饋功能（Feedback）

可通過傳感網絡，對系統輸入與輸出信息進行對比，並將其結果提供給控制系統。

（3）信息識別與積累功能

能夠識別傳感網絡得到的各類信息並將其積累起來。

（4）響應功能

能夠根據外界環境和內部條件變化，適時動態地作出相應的反應，並採取必要行動。

（5）自診斷能力（Self-diagnosis）

能通過分析比較系統的狀況與過去的情況，對諸如系統故障與判斷失誤等問題進行自診斷並予以校正。

（6）自修復能力（Self-recovery）

能通過自繁殖、自生長、原位複合等再生機制，來修補某些局部損傷或破壞。

（7）自調節能力（Self-adjusting）

對不斷變化的外部環境和條件，能及時地自動調整自身結構和功能，並相應地改變自己的狀態和行為，從而使材料系統始終以一種優化方式對外界變化作出恰如其分的響應。

複合材料智能結構分為被動控制式和主動控制式兩類。

被動控制式智能結構低級而簡單（亦稱為機敏結構），只傳輸傳感器感受到的信息，如應變、位移、温度、壓力和加速度等，結構與電子設備相互獨立。

主動控制式是一種智能化結構，具有先進而複雜的功能，能主動檢測結構的靜力、動力等特性，比較檢測結果，進行篩選並確定適當的響應，控制不希望出現的動態特性 ^[3]  。