Кіріспе
Сыртқы түрде басқарылатын материалдар. Ақылды материалдар, сондай-ақ интеллектуалды немесе сезімтал материалдар деп те аталады, бұл сыртқы әсерлер – кернеу, ылғал, электр немесе магниттік өрістер, жарық, температура, pH немесе химиялық қосылыстар сияқты факторлардың әсерінен қасиеттері айтарлықтай өзгертілетін материалдар. Ақылды материалдар көптеген қолданыстардың негізін құрайды, оның ішінде сенсорлар мен атқарушы механизмдер, немесе жасанды бұлшықеттер, әсіресе электроактивті полимерлер (EAP).
Smart materials, also called intelligent or responsive materials, are designed materials that have one or more properties that can be significantly changed in a controlled fashion by external stimuli, such as stress, moisture, electric or magnetic fields, light, temperature, pH, or chemical compounds. Smart materials are the basis of many applications, including sensors and actuators, or artificial muscles, particularly as electroactive polymers (EAPs).
Түрлері
Ақылды материалдардың бірнеше түрі бар, олардың көптеген түрлері қазірдің өзінде кең таралған. Кейбір мысалдар: Пьезоэлектрлік материалдар – күш түсірілген кезде кернеу тудыратын материалдар. Бұл әсер кері бағытта да қолданылатындықтан, үлгіге кернеу түсіргенде оның ішінде деформация туындайды. Осы материалдардан жасалған конструкциялар кернеу қолданғанда иілуге, кеңеюге немесе жирылуға қабілетті. Пішін жады қорытпалары мен пішін жады полимерлері – температураның немесе күштің өзгеруі арқылы үлкен деформацияны тудырып, қайта қалпына келтіре алатын материалдар (псевдоэластикалық). Пішін жадының пайда болуы тиісінше мартенситтік фазалық өзгеруге және жоғары температурадағы серпімділікке байланысты. Фотоэлектрлік материалдар немесе оптоэлектроника жарықты электр тогына айналдырады. Электроактивті полимерлер (ЭАП) кернеу немесе электр өрістерінің әсерінен көлемін өзгертеді. Магнитостриктивті материалдар магнит өрісінің әсерінен пішінін өзгертеді, сондай-ақ механикалық күш әсерінен магниттелуінің өзгеруін көрсетеді. Магниттік пішін жады қорытпалары – магнит өрісінің күрт өзгеруіне жауап ретінде пішінін өзгертетін материалдар. Ақылды бейорганикалық полимерлер – реттелетін және жауап беретін қасиеттерді көрсетеді. pH сезімтал полимерлер – қоршаған ортаның pH деңгейі өзгергенде көлемін өзгертетін материалдар. Температураға жауап беретін полимерлер – температура өзгергенде өзгеріске ұшырайтын материалдар. Галохромдық материалдар – қышқылдығы өзгергенде түсі өзгеріп, кеңінен қолданылады. Мысалы, металлдың тозуын көрсету үшін бояу ретінде қолдануға болады. Хромогендік жүйелер электрлік, оптикалық немесе термиялық өзгерістерге жауап ретінде түсін өзгертеді. Оларға электрлік-хромиялық материалдар жатады, олар кернеу қолданғанда түсі мен мөлдірлігін өзгертеді (мысалы, сұйық кристалды дисплейлер), термохромиялық материалдар температурасына байланысты түсін өзгертеді және фотохромиялық материалдар жарыққа жауап ретінде түсін өзгертеді – мысалы, жарқыраған күн сәулесіне ұшырағанда қараңғыланатын күн көзілдіріктері. Феррофлюидтер – магниттік сұйықтықтар (магниттер мен магниттік өрістердің әсеріне түседі). Фотомеханикалық материалдар жарыққа ұшырағанда пішінін өзгертеді. Поликапролактон (полиморф) ыстық суға батыру арқылы қалыптастырылуы мүмкін. Өзін-өзі жазатын материалдар қалыпты пайдалану кезінде зақымдануды өзі жөндеу қабілетіне ие, осылайша материалдың қызмет ету мерзімін ұзартады. Диэлектрлік эластомерлер (ДЭ) – сыртқы электр өрісінің әсерінен үлкен деформацияны (500% дейін) тудыратын ақылды материал жүйелері. Магнит-калорикалық материалдар – өзгермелі магнит өрісіне ұшырағанда температураның қайтымды өзгеруіне ұшырайтын қосылыстар. Өзін-өзі жазатын ақылды жабындар адамның араласуынсыз жөнделеді. Термоэлектрлік материалдар температура айырмашылығын электр энергиясына және керісінше айналдыратын құрылғыларды жасау үшін қолданылады. Химиялық реакцияға жауап беретін материалдар сыртқы химиялық немесе биологиялық қосылыстардың әсерінен көлемін өзгертеді.
Piezoelectric materials are materials that produce a voltage when stress is applied. Since this effect also applies in a reverse manner, a voltage across the sample will produce stress within sample. Suitably designed structures made from these materials can, therefore, be made that bend, expand or contract when a voltage is applied. Shape memory alloys and shape memory polymers are materials in which large deformation can be induced and recovered through temperature changes or stress changes (pseudoelasticity). The shape memory effect results due to respectively martensitic phase change and induced elasticity at higher temperatures. Photovoltaic materials or optoelectronics convert light to electrical current. Electroactive polymers (EAPs) change their volume by voltage or electric fields. Magnetostrictive materials exhibit a change in shape under the influence of magnetic field and also exhibit a change in their magnetization under the influence of mechanical stress. Magnetic shape memory alloys are materials that change their shape in response to a significant change in the magnetic field. Smart inorganic polymers showing tunable and responsive properties. pH sensitive polymers are materials that change in volume when the pH of the surrounding medium changes. Temperature responsive polymers are materials which undergo changes upon temperature. Halochromic materials are commonly used materials that change their color as a result of changing acidity. One suggested application is for paints that can change color to indicate corrosion in the metal underneath them. Chromogenic systems change color in response to electrical, optical or thermal changes. These include electrochromic materials, which change their colour or opacity on the application of a voltage (e. g., liquid crystal displays), thermochromic materials change in colour depending on their temperature, and photochromic materials, which change colour in response to light—for example, light sensitive sunglasses that darken when exposed to bright sunlight. Ferrofluids are magnetic fluids (affected by magnets and magnetic fields). Photomechanical materials change shape under exposure to light. Polycaprolactone (polymorph) can be molded by immersion in hot water. Self healing materials have the intrinsic ability to repair damage due to normal usage, thus expanding the material's lifetime. Dielectric elastomers (DEs) are smart material systems which produce large strains (up to 500%) under the influence of an external electric field. Magnetocaloric materials are compounds that undergo a reversible change in temperature upon exposure to a changing magnetic field. Smart self healing coatings heal without human intervention. Thermoelectric materials are used to build devices that convert temperature differences into electricity and vice versa. Chemoresponsive materials change size or volume under the influence of external chemical or biological compound.