智能材料正在188金宝搏bet官网成为我们未来的一个重要组成部分，在很多情况下，它们就在我们的鼻子底下(或上面)。每天都有这样的例子，从你孩子的额头温度计到你的太阳镜镜框。

儿童额头膜温度计是一种廉价和方便的工具，用于测量基于分层薄膜中材料表面反应的近似温度。188金宝搏bet官网但是是什么让它“聪明”呢?在温度计薄膜中分层和定位的粒子是特殊选择的油墨和聚合物粒子，它们根据表面温度改变其反射特性。由此产生的效果通过向用户提供透视图来创建智能的外观。粒子各自对刺激做出特定的局部反应，而这种反应对粒子本身来说是基本的。在这种情况下，粒子的属性是它们根据温度改变其光学反射特性。这给用户一个明显的观点，通过提供颜色和数字信息的温度读数，薄膜似乎变得“智能”。它几乎可以看起来像魔法，但实际上它是物理学。

另一个我们每天都在使用的智能材料的例子是，通过使用形状记忆合金材料，我们的大多数太阳镜框架。目前使用的最令人惊奇和壮观的金属合金之一是镍钛(也称为镍钛诺)。这种材料的特性之一是能够在极端温度下编程形成金属结构的形状。产生的形状可以通过材料记忆通过重新加热物体到一个名义温度，这将导致粒子重新排列到原始编程形状。镍钛合金的其他用途是一种叫做肌肉丝的金属丝。金属丝的形状可以形成这样一种方式，当加热时，它可以像肌肉一样有效地收缩长度。这种材料的另一个原理是它是导电的。因此，可编程刺激可以以电能的形式，并根据计算机信号执行运动。这对机器人和工业自动化的进步非常重要。

什么是智能材料?

那么什么是智能材料呢?一般接受的定义是:“一种材料，它表现出一种或多种特性，可以通过外部刺激以可控的方式显著改变。”因此，你可以把这个定义概括为，我们每一个人每一件事都是聪明的材料。但是，在今天的材料科学的背景下，我们把我们的定义集中在不明显的和壮观的。我之所以提出这一点，是因为对壮观的常识的感知是一个不断变化的光谱。在不太遥远的将来，我们将发现控制分子的可能性，这是我们从未梦想过的。基于物质DNA和蛋白质模型的不断扩大的发现就是一个例子。在我看来，我们都是由DNA编码编程的智能材料的壮观性质的例子，成为有机体和人类。188金宝搏bet官网我们也不断地受到外界刺激的影响，对不断变化的情况做出反应。我们获得了比以前更深刻的理解，这一事实并不会使这些现在已知的事实不那么壮观。

例如，17世纪伽利略温度计的发明清楚地表明了基于温度的移动粒子的最基本发现。这是基于物体密度和流体物体位移的一组物理属性的惊人成就。用户可以在一个独立的温度采集和显示设备中观察温度。在当时，这是一项真正令人惊叹的发明，时至今日仍受人尊敬。然而，在当今的高科技世界里，我们并不认为这是什么了不起的事情。

随着时间的推移，许多科学发现变得过时了，行业对曾经被认为是神奇和壮观的发明和发现的科学基础失去了兴趣。

另一个科学原理的例子是基于温度的双金属位移原理，它今天仍然被广泛使用，但正在变得过时。这项技术是世界上最简单的恒温器发明之一(图1)。两种不同金属的运动是因为每种金属具有基于温度的不同属性。净效应是双金属组合结构的可预测运动，通常称为双金属带。你可以想象，加热和冷却的双金属形状的运动可以连接到一个开/关开关，开关向上推打开空调，向下推关闭空调。这是过去几百年来几乎所有机械恒温器的基本结构。与这种“神奇”现象相关的一个有趣的注意是，在今天的现代世界中，我们并不认为这种解决方案是一种智能材料。我会让你们问:“为什么?或者“为什么不呢?”我觉得答案是对现实的感知，我们喜欢新发现的东西。我们认为它是“神奇的”，因此是“聪明的”。

那么，世界探索的方向是什么?我们应该寻找哪些重要的智能材料?188金宝搏bet官网

• 聚合物
• 陶瓷
• 碳形式
• 混合动力车的代码

智能材料188金宝搏bet官网

高分子化学的进步已经成为我们日常生活的一部分。添加的长链水溶性聚合物润滑剂条有助于剃须的行为和艺术，允许在每一次冲程润滑的更新应用。明显的带状结构被认为是一块神奇的塑料大多数用户,因为他们只是湿表面,它不断地提供润滑在成百上千的剃须中风(图2)。聚合物分子链形式的物质形式,从加沙地带转移到皮肤,提供一个平滑的表面涂层刀片的浮动而切削表面去除多余的毛发,因此在剃须减少疼痛。

聚合物研究的进步也提供了创造特定分子特征或属性的能力，可以制造出各种状态或形式。其中一种聚合物利用了热变色过渡态的性质(图3)，可以变得“智能”。这种技术可以在前面的儿童温度计薄膜例子中看到，但也可以用于创造物品的颜色变化，可以追溯到20世纪70年代的情绪戒指。在当今世界，我们可以利用这些特性使聚合物颗粒根据温度的上升或下降而变得透明。这可以用来创建多层标识，包括可以改变颜色或隐形的建筑材料。188金宝搏bet官网

另一种基于温度的智能材料是一种混合材料应用，它利用188金宝搏bet官网导电电流流直接直观地指示电池侧面的定量能量计(图4)。热致变色油墨可以与电阻膜涂层一起使用。显示屏将根据电池的电压变化而变化。能量必须足够创造一个比例电流通过薄膜，以产生足够的热量显示100%满。电压越低，观察者看到的柱状图越低。智能粒子提供了一个不涉及计算机的电能表。

压电元件可以形成薄膜、晶圆或晶体颗粒，用作传感器，也可以成为执行器(图5)。表面的物理特性可以根据通过晶体表面提供的不同刺激的电压水平和极性被激发移动。此属性可用于制作运动、传呼机或扬声器。这种材料的另一个有趣的特性是反向操作也是可能的。这意味着，作为扬声器的同一设备也可以作为麦克风或位移振动传感器。它也可以在振动过程中产生少量的能量来产生能量收集。

所有物质的原理之一就是宇宙中几乎所有地方都有某种程度的温度。这带来了一个叫做Peltier装置或热电冷却器的有趣特性。特殊硅结的主要功能是，你可以提供一个电压势来产生电流，材料属性在设备的一侧产生冷却效应，同时在另一侧产生加热效应(图6)。另一个引人注目的属性是，如果你提供一个具有足够热和δ温度的温差，设备也可以产生少量的能量。另一个看似神奇的势能收集例子。

有机led能够在材料的连接处提供电刺激，从而在特定的编程波长(或颜色)下产生光的传输(图7)。这种材料进步的有趣之处在于，粒子可以通过这种方式操纵来创造非平面或柔性表面。这将演变成丝质电视屏幕和喷涂数字标牌作为主动广告牌。

电子墨水薄膜是由小于100微米的电子可编程粒子组成的网格，可用于创建灵活的标识、标签和屏幕显示。这种粒子的一个独特特性是，它们可以反射或吸收光线，并在不需要电力的情况下永久保持这种状态。脉冲波形形式的电信号被用来激发粒子进入离散编程的黑色、白色或红色状态(图8)。显示薄膜是灵活的，可以重新编程到像素级。粒子也有分段和块状模式，以允许大面积改变颜色或热特性，如反射或黑体辐射热集热器。

热致变色聚合物颗粒可用于涂覆沥青瓦等表面，以允许基于温度的表面应用颗粒的颜色变化。图9显示了一个90°F触发编程粒子的例子，它们在夏季反射光，在较冷的月份变黑，以便在冬季吸收热量。涂层的目的是允许修改现有的生产方法，同时提供各种颜色的混合物和图案。也可以使用这种方法创建其他的建筑材料解决方案，包括内墙、天花板和柜台表面。在某些情况下，材料本身可以注射成型或挤压，以提供功能复合材料解决方案。

这些智能材料和其他智能材料的杂交正在应用于其他材料，如油漆和涂料。188金宝搏bet官网这方面的一个例子是最近发现的一种被称为石墨烯的碳的状态，它可以使结构增强，可以与载体组分混合并生长在基底上。最终的结果可以形成一个晶格结构，在结构上形成一个六角形网格。这种材料作为晶格的一个重要性质是导电的能力。这意味着传感器和计算设备的进步是丰富的。

智能材料研究中最令人兴奋的领域之一是碳形态领域，如富勒烯C-60 (Buckyballs)、碳纳米管(CNT188金宝搏bet官网)和石墨烯。图10显示了碳纳米管的悬浮液，当在生产中与适当的载体材料混合时，它可以用作涂料、油漆或粘合剂。载体材料，如硅橡188金宝搏bet官网胶，环氧树脂和丙烯酸颜料可以提供晶格结构，增强弹性，抗冲击和共振公差，如阻尼性能。

碳添加剂的导电特性可以创造一种混合材料，可用于制造传感器和执行器，以调节或取消调节共振振动。混合复合材料还可以通过电和/或热激发来改变硬度计和对冲击的响应。热加热模式可以通过在混合复合材料中传导电流来产生“分布变暖”，从而产生解决方案，例如避免在寒冷环境中脆性载体材料的特性。

塑料和环氧载体可以根据应用形成和模压成战略形状，或利用基于战略生成的材料位移波形的物理振动特性。应用包括声阻尼和主动噪声消除。柔性硅酮胶粘剂、垫片、垫圈和o形圈可以很容易地形成，对振动、压力、温度或其他电磁性能提供可编程响应。外部动力的暖塞可以创建，可以抵消玻璃表面的湿度雾化或解冻冷表面。

碳纳米管在载体的固化过程中形成连续的晶格结构，在混合复合材料中提供均匀分布的电网络。碳纳米管晶格结构的固有特性之一是能够吸收静电放电(ESD)，而静电放电会破坏电子设备。这使得混合复合碳纳米管智能材料作为电气安全改进解决方案具有吸引力。188金宝搏bet官网碳纳米管涂料和灌封复合粘合剂等应用可以成为散热和能量放电表面增强的解决方案。

碳纳米管和石墨烯可以以互补的方式构成晶格结构，可以形成电感觉网络，包括功能场效应晶体管的形成(图11)。有了这种成为智能材料混合晶体管功能的能力，我们进入了半导体研究的一个新前沿，它使智能材料超越了壮观的感觉，成为未来材料中真正具有功能的计算机电路。188金宝搏bet官网

结论

今天的智能材料可以以固体、粘188金宝搏bet官网合剂、涂料、油漆和液体的形式实现。他们可以提供刚性或柔性的解决方案，具有弹性和温度稳定，同时吸收不良振动。这些功能在今天看来可能很神奇，但总有一天它们会像恒温器一样成为标准。准备好迎接未来的特性和功能，它们将利用智能材料中包含的属性的好处。188金宝搏bet官网他们正在接管世界，这是一件好事。

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