Введение
Материал, который можно контролировать извне.
Умные материалы, также называемые интеллектуальными или реагирующими материалами, – это специально разработанные материалы, обладающие одним или несколькими свойствами, которые могут быть значительно изменены контролируемым образом под воздействием внешних факторов, таких как напряжение, влажность, электрические или магнитные поля, свет, температура, pH или химические соединения. Умные материалы лежат в основе множества применений, включая датчики и актуаторы, или искусственные мышцы, в частности, в виде электроактивных полимеров (EAP).
Типы
Существует ряд типов интеллектуальных материалов, некоторые из которых уже широко распространены. Вот несколько примеров:
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.
Пьезоэлектрические материалы вырабатывают напряжение при приложении механического напряжения. Поскольку этот эффект обратим, приложение напряжения к образцу вызывает в нем деформацию. Из этих материалов можно создавать конструкции, которые изгибаются, расширяются или сжимаются при подаче напряжения. Сплавы с памятью формы и полимеры с памятью формы – это материалы, в которых можно вызвать и восстановить значительную деформацию при изменении температуры или напряжения (псевдоэластичность). Эффект памяти формы обусловлен, соответственно, мартенситным фазовым переходом и индуцированной эластичностью при более высоких температурах. Фотоэлектрические материалы, или оптоэлектроника, преобразуют свет в электрический ток. Электроактивные полимеры (ЭАП) изменяют свой объем под воздействием напряжения или электрического поля. Магнитостриктивные материалы изменяют свою форму под воздействием магнитного поля и, в свою очередь, изменяют свою намагниченность под воздействием механического напряжения. Сплавы с магнитной памятью формы изменяют свою форму в ответ на значительное изменение магнитного поля. Умные неорганические полимеры демонстрируют настраиваемые и отзывчивые свойства. pH-чувствительные полимеры изменяют свой объем при изменении pH окружающей среды. Температурно-чувствительные полимеры изменяются под воздействием температуры. Галохромные материалы – широко используемые материалы, меняющие цвет в зависимости от изменения кислотности. Одним из предлагаемых применений является использование в красках, которые могут менять цвет, указывая на коррозию металла под ними. Хромогенные системы меняют цвет в ответ на электрические, оптические или термические изменения. К ним относятся электрохромные материалы, меняющие цвет или непрозрачность при приложении напряжения (например, жидкокристаллические дисплеи), термохромные материалы, меняющие цвет в зависимости от температуры, и фотохромные материалы, меняющие цвет под воздействием света (например, светочувствительные солнцезащитные очки, темнеющие на ярком солнце). Феррожидкости – это магнитные жидкости, на которые воздействуют магниты и магнитные поля. Фотомеханические материалы изменяют форму под воздействием света. Поликапролактон (полиморф) можно формовать путем погружения в горячую воду. Самовосстанавливающиеся материалы обладают внутренней способностью восстанавливать повреждения, возникающие при нормальной эксплуатации, тем самым увеличивая срок службы материала. Диэлектрические эластомеры (ДЭ) – это интеллектуальные материальные системы, которые создают большие деформации (до 500%) под воздействием внешнего электрического поля. Магнитокалорические материалы – это соединения, которые претерпевают обратимое изменение температуры при воздействии изменяющегося магнитного поля. Умные самовосстанавливающиеся покрытия заживают без участия человека. Термоэлектрические материалы используются для создания устройств, преобразующих разницу температур в электричество и наоборот. Химиореактивные материалы изменяют размер или объем под воздействием внешних химических или биологических соединений.
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.