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第1章 智能材料概述 杨大智1

1．1 材料发展的新纪元——智能材料1

1．2 智能材料的内涵与定义3

1．2．1 智能材料的内涵3

1．2．2 智能材料的定义7

1．3 耗散结构与材料的内禀特性10

1．3．1 耗散结构10

1．3．2 材料的内禀特性12

1．4 材料的智能化17

1．4．1 材料的自适应性17

1．4．2 材料和结构的智能属性评定19

1．4．3 智能材料的复合准则22

1．4．4 智能材料的几种基本组元24

1．4．5 智能材料的设计、合成及类型26

1．5 智能材料和结构的应用前景33

1．5．1 用于航空、航天飞行器34

1．5．2 用于建筑和工程结构中35

1．5．3 用于机器人中35

1．5．4 用于日常生活中36

1．6 智能材料与结构展望36

参考文献37

第2章 智能材料的仿生构思 姚康德 杨大智39

2．1 智能材料的蓝本——细胞39

2．1．1 视觉40

2．1．2 听觉40

2．1．3 味觉40

2．1．5 触觉41

2．1．4 嗅觉41

2．2 生物材料的多级结构42

2．3 生物的信息处理和反馈44

2．4 材料仿生与智能材料47

参考文献51

第3章 智能材料中的光纤传感系统 关铁梁52

3．1 发展概述52

3．2 智能材料中传感系统的选择54

3．3 智能材料用特种光纤55

3．3．1 细径光纤56

3．3．2 特殊涂覆光纤59

3．3．3 抗疲劳光纤61

3．3．4 单模保偏光纤63

3．3．5 双模光纤64

3．3．6 同心双通道光纤67

3．4 光纤传感系统68

3．4．1 系统概述68

3．4．2 马赫-泽德光纤传感器69

3．4．3 麦克尔逊光纤传感器71

3．4．4 法布里-珀罗光纤传感器73

3．4．5 光纤布拉格光栅传感器76

3．5 信号检测技术81

3．5．1 无源零差检测技术81

3．5．2 零差相位开关技术82

3．5．3 准外差检测82

3．5．4 光谱编码和解码技术83

3．5．5 波长解调技术84

3．6．1 应变和温度的同时测量87

3．6 应用进展87

3．6．2 复合材料固化监测92

3．6．3 损伤评估95

3．6．4 水泥结构件中的应用97

3．7 展望99

参考文献101

第4章 形状记忆合金及其在智能结构中的应用 杨大智104

4．1 形状记忆合金的概念104

4．1．1 形状记忆效应的微观机理105

4．1．2 形状记忆合金伪弹性110

4．2 形状记忆合金的特性及本构关系模型111

4．2．1 形状记忆合金的热滞回线111

4．2．2 形状记忆合金相变的本构关系111

4．3．1 预应变NiTi合金丝在加热、冷却过程的回复力—温度曲线117

4．2．3 包含塑性方法基本特点的本构关系简介117

4．3 NiTi形状记忆合金的驱动特性研究117

4．3．2 NiTi记忆合金储能、耗能、输出功与温度和预应变关系118

4．3．3 NiTi合金热-机循环过程中的应力—应变—温度关系120

4．3．4 形状记忆合金的阻尼特性122

4．4 形状记忆合金复合材料及其智能属性124

4．4．1 NiTi合金丝复合材料124

4．4．2 NiTi形状记忆合金颗粒复合材料128

4．5 形状记忆合金的应用129

4．5．1 NiTi记忆合金复合材料提高冲击韧性129

4．5．2 NiTi记忆合金主动控制裂纹产生和扩展132

4．5．3 NiTi合金主动控制振动133

4．5．4 形状记忆合金的良好“自适应”耐疲劳磨损135

4．5．5 作自适应紧固件、连接件和密封垫136

4．5．6 热敏控制器137

4．5．7 形状记忆合金在医学方面的应用139

4．5．8 智能机械140

4．5．9 在宇航空间技术方面140

参考文献141

第5章 无机非金属材料的智能化 李建保143

5．1 陶瓷及非金属材料的自诊断效应143

5．1．1 陶瓷基复合材料的自诊断145

5．1．2 添加碳纤维的混凝土材料的诊断155

5．1．3 利用线性电容的自诊断——介电检测161

5．1．4 利用电热丝的缺陷诊断技术162

5．2．1 金属表面伤痕的愈合机理——氧化膜的形成163

5．2．2 高温下陶瓷涂层的自动成膜机制163

5．2 自修补自愈合陶瓷材料163

5．2．3 高温陶瓷的高温氧化自适应性164

5．2．4 微波辐射使陶瓷材料内部裂纹愈合的机制165

5．2．5 自愈合混凝土的研究166

5．3 可相变氧化锆材料及其应用167

5．4 功能无机材料的智能化172

5．4．1 CuO/ZnO湿敏传感器172

5．4．2 正温度系数热敏陶瓷173

5．4．3 变色玻璃175

参考文献180

第6章 智能材料中的压电、铁电材料 田莳183

6．1 压电、铁电材料的驱动、传感特性184

6．1．1 驱动、传感特性的表征184

6．1．2 传感、动产生的机制193

6．1．3 提高驱动、传感特性的途径205

6．2 压电、铁电材料216

6．2．1 常用压电、铁电材料概述216

6．2．2 电致伸缩陶瓷材料221

6．2．3 压电、铁电薄膜材料223

6．2．4 压电复合材料228

6．2．5 高性能铁电陶瓷制备的先进工艺232

6．3 压电、铁电材料在智能材料与结构中的应用236

6．3．1 驱动器应用236

6．3．2 传感器应用举例238

6．3．3 自适应结构240

6．3．4 含机敏陶瓷的智能结构的未来242

参考文献242

第7章 电（磁）流变液与智能控制 赵晓鹏245

7．1 电流变液研究概况246

7．2 电流变液的性能248

7．2．1 流变性能248

7．2．2 电学性能250

7．3 电流变效应的机理251

7．3．1 作用在ER流体颗粒上的力251

7．3．2 电流变效应的物理模型251

7．4 电流变液材料的设计及制备254

7．4．1 无机电流变材料设计及制备256

7．4．2 聚合物基电流变材料的设计及制备257

7．4．3 电流变材料的多层结构设计及表面改性259

7．5 影响电流变效应的因素262

7．5．1 分散相颗粒的粒径、体积分数的影响262

7．5．2 颗粒介电性质的影响263

7．5．3 悬浮颗粒电导率的影响264

7．5．4 基液265

7．5．5 添加剂265

7．5．6 水含量与ER效应266

7．5．7 电场频率的影响266

7．5．8 温度的影响266

7．5．9 电场强度的影响267

7．6 电流变液在智能控制中的应用267

7．6．1 电流变减振器267

7．6．2 转子振动主动控制电流变元件269

7．6．3 电流变液与压电材料复合式阻尼器270

7．6．4 电流变液离合器271

7．6．5 电流变液阀271

7．6．7 电流变液的光学可调节性273

7．6．6 电流变随机振动控制器273

7．7 磁流变液及其应用274

7．7．1 磁流变液研究概况274

7．7．2 磁流变液的转变机理275

7．7．3 磁流变液材料277

7．7．4 MR流体器件278

7．7．5 ER与MR性能及元器件行为比较280

参考文献281

第8章 超磁致伸缩材料及其智能化应用 陈騑騢284

8．1 磁致伸缩效应及其表征285

8．1．1 磁致伸缩效应285

8．1．2 磁致伸缩系数285

8．1．3 磁致伸缩的唯象理论287

8．1．4 磁体产生磁致伸缩的机理290

8．1．5 稀土离子超磁致伸缩的起源291

8．1．6 其他表征磁致伸缩材料性能的参数291

8．2 超磁致伸缩材料293

8．2．1 稀土超磁致伸缩材料的发展历史294

8．2．2 稀土超磁致伸缩材料的性能296

8．2．3 稀土超磁致伸缩材料的制备和组织结构323

8．3 超磁致伸缩材料的智能化应用329

8．3．1 超磁致伸缩材料及器件的性能优势329

8．3．2 超磁致伸缩器件设计时应考虑的问题331

8．3．3 超磁致伸缩材料的智能化应用333

8．3．4 我国稀土超磁致伸缩材料的研制和应用341

8．3．5 超磁致伸缩材料智能复合膜及智能复合材料的研制344

8．3．6 Ni2MnGa磁致形状记忆合金346

参考文献348

第9章 智能高分子材料 姚康德351

9．1 概述351

9．2 高分子凝胶及其体积相转变352

9．2．1 高分子凝胶352

9．2．2 高分子凝胶的体积相转变353

9．3 高分子凝胶的刺激响应性355

9．3．1 物理刺激响应性355

9．3．2 化学刺激响应性357

9．4 智能高分子材料的潜在应用领域363

9．4．1 运动功能材料363

9．4．2 分离功能材料369

9．4．3 释放功能材料372

9．5．1 智能传感材料374

9．5 高分子材料智能化及其发展前景374

9．5．2 环境响应性凝胶表面376

9．5．3 智能调光材料377

9．5．4 智能织物379

9．5．5 催化剂与载体的灵巧化381

参考文献381

第10章 智能结构 杨大智384

10．1 智能结构的关键共性技术386

10．1．1 智能结构感知器386

10．1．2 智能结构驱动器388

10．1．3 智能结构控制器390

10．1．4 控制策略与算法391

10．1．5 智能结构集成392

10．2 机敏材料在机器人中的应用394

10．3 智能结构在航空工业中的应用398

10．3．1 智能表层399

10．3．2 自适应机翼400

10．3．3 直升机自适应旋翼401

10．3．4 结构的健康监控403

10．3．5 结构减振降噪自适应控制403

10．4 智能材料-结构系统在土木工程中的应用404

10．4．1 具有自诊断和自适应功能的机敏混凝土结构404

10．4．2 具有感觉和自我调节功能的智能减振结构406

10．4．3 裂缝自愈合机敏混凝土结构409

10．4．4 形状记忆合金机敏混凝土结构和智能减振结构409

10．4．5 电/磁流变液（ER/MR）智能减振412

10．5 大型空间站和轨道平台技术415

参考文献417