为什么要制造智能材料呢？

为什么要制造智能材料呢？

智能材料也叫机敏材料，它是20世纪90年代迅速发展起来的一种全新的材料分支学科。这种材料常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料 和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得似乎有 了 “感觉”和“知觉”，并具有自我感知和自我修复的功能。任何材料的发展都来源于实际的需要。例如，在社会的实际活动中经常 发生飞机失事、桥梁断裂和房屋倒塌造成的灾难。这就促使科学家们希望找 到失事之前能预警的材料，或预感到要失事时能自动加固或自行补助伤痕和 裂纹的材料。比如，人的皮肤划伤后，过一段时间就会自然长好，且自我修 补得天衣无缝；骨头折断后，只要对好骨缝，断骨就会自动长在一起。那么， 飞机的机翼、桥梁的支架出现裂纹后能不能自我修补呢？如果可能，那就可 以防止许多灾难性的事故。这就是目前世界上一大批科学家致力于研究和发 展智能材料的原因。制造智能材料的难度是很大的，因为它涉及的知识面太宽。因此，发展 智能材料需要化学家、物理学家、材料学家、机器人专家、系统控制专家、 计算机专家、建筑专家、航空航天领域的专家的合作才能取得成功。发展智能材料尽管困难，但也已经取得可喜的成果。比如，美国多伦多 大学光纤智能结构实验室的科学家们正在设计各种方案，试图使桥梁、机翼 和其他关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉 到即将出现的故障并能自行排除。如在飞机发生故障之前，向飞行员发出警 报，或在桥梁出现裂痕时能自动修复。他们研制机翼用智能材料的方法之一，是在高性能的复合材料中嵌人细 小的光纤材料。由于复合材料中布满了纵横交错的光纤，它们就能像“神经” 那样感觉到机翼上受到的不同压力；通过测量光纤传输光时的各种变化，可 以测出飞机机翼承受的不同压力；在极端条件下，光纤会断裂，光传输就会 中断，于是就能发出即将出现事故的警告。不过，仅能发现问题而不能自行排除故障的材料还不能算是理想的智能 材料。美国伊利诺斯大学的建筑学专家卡罗琳.德赖正在研制一种能自行愈 合的混凝土。他设想把大量的空心纤维埋入混凝土，当混凝土受压开裂时， 事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维也会裂开，并释放出粘结修补剂，把裂 纹牢牢焊在一起，防止混凝土断裂。这种智能材料称为被动式智动材料。因 为在这种材料中没有埋人传感器监测裂纹，也没有埋人电子芯片计算机来 “指导”焊接裂开的裂纹，因此它要比埋有传感器和芯片的主动型智能材料价 格便宜，且易于维修。美国的一些桥梁专家也正在研究主动式智能材料，以便使桥梁出现问题 时自动加固。他们设计出的一种方案是：如果桥梁某些局部出现问题时，桥 梁的另一部分就自行加固予以弥补。这一设想在电脑技术高度发展的今天已 没有不可克服的困难。现在已能造出极小的信号传感器及微电于计算机埋入 桥梁材料中，桥梁材料可以应用各种神奇的材料（如形状记忆合金，电流变材料等），当出现问题时，计算机将发出指令，使形状记忆合金和电流变材料 (一种通电时立即可以由液滴变成固体的材料）发生相变，自动加固。智能材料也称仿生材料。日本、意大利、英国等先进工业国家在这方面 都已取得了一定成果。日本人还在研究胆结石、指甲、毛发为何能生长，以 便从中找到能为智能材料研究所借鉴的线索。