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什么是新型材料？什么是智能材料？而它们的作用又是什么？

近年来,一批冠之以“Smar'”的新材料脱颖而出,正逐渐走进我们的生活。下面小编为大家介绍一下。

“ Smart一词来自英语,包含着“感觉、思维、信号或激发”“机灵、聪明、干”和“式样新颖”等三重含义。因此,“Sma”材料也叫“智能材料”,它最基本的特征是能“感觉”出周围环境的。某种变化,并能针对这种变化作出相应的改变。20世纪90年代初,中国曾研制出一种有医疗功能的远红外保健全棉针织纤维。这种保健纤维的外观与普通棉纤维并无不同,但其表面涂有一层极薄的用特殊方法制成的远红外线辐材料。在常温下,这种辐射材料在吸收了热能以后,能以波长为8-25微米的远红外线方式辐射出去。由于这种远红外线的波长与人体的辐射波长相同或相近,而且无毒、无害、无刺激性,所以它在冷热环境中都能发挥作用。在寒冷、阴潮等风寒交加的环境里,人体如能穿上一件远红外辐射纤维针织内衣,可利用它吸收向外散发的热能,再以远红外线的形式辐射回来,在人体中被细胞分子吸收并转化为振动能,使分子运动加剧,使身体的机能获得激发,可以改善机体的气血运行状况,提高机体对能量的利用率和人体的免疫能力,从而产生保暖、医疗和强身的多重效果。对在夏天烈日下或在其他高温环境中工作的人来说,只要穿一件含60%覆盖面积的远红外保健纤维汗衫,就能由它将外界逼上来的大量热能化作远红外线辐射出去,既享受到它充分遮挡外来高温热射的好处,又享受到全棉织物吸湿性、透气性俱佳带来的舒适。

上海华东医院、中山医院、瑞金医院等5家著名的医院,用这种智能衣料对600多位病人作了试验。结果证明这种“神奇的第二皮肤”对内科、外科、妇产科、泌尿科等许多疾病都有缓解或辅助医疗的作用,对病人手术后的康复治疗也很有帮助。智能纤维的研究在许多国家都有进展。法国艾格勒公司用特种超长纤维与微型纤维相结合,研制出一种透湿性能特别好的纤维制品,它可以在短短10秒钟内将人体表面的湿气排放空,使人体倍感干爽。这种衣料是制作夏装和内衣最理想的材料之日本尤尼特卡公司开发的一种衣料纤维,能充分吸收阳光中的紫外线,然后将其转变成红外线在衣料的内层向人体辐射使人在冬天里既避免过量紫外线的侵袭,又倍感温暖。用这种衣料做成冬季服装,不仅有轻薄柔暖的效果,还有保健护体的功效。美国盖维特公司利用美国宇航局开发的一项新技术,设计出一种冬暖夏凉的衣用纤维。这种纤维内部含有特种材料,它在温度降低时由液相转变成固相,并向外释放热能;在温度升高时它又由固相变成液相,并从外界环境中吸收能量。用这种纤维制作的服装具有温度双向调节功能:在穿着前先让它充分吸收或释放能量,在穿着过程中按需逐步释放或吸收热能,真正做到冷暖自由调节,使人体时刻保持最舒适的温度。

法国正在大力研制一种兼有美容、减肥功能的服装纤维,科研人员设法把具有润肤、减肥作用的化合物分子通过化学键的作用与纤维分子结合在一起,成为一个有机的整体。用这种纤维衣料做成的服装,会以稳定的速度持久地释放出这些特种分子,令人的皮肤更加柔嫩光洁,令体形更加健美。美国伊利诺伊州亚大学的科技八员,还发明了一种具有自动修复功能的新型智能混凝土材料。他们在这种混凝土中,除了加有传统的砂石、水泥和水以外,还掺进一种特制的空心纤维。空心纤维的内部灌注了液态裂纹修补剂。无论是房屋、桥梁,还是道路路面,只要使用了这种智能混凝土,当在外力作用下发生开裂时,由于力的作用而使纤维断裂从空心处会流出高强度的粘胶剂,自动及时地将细小的裂纹填充好,并迅速固化做到自动愈合,防止裂纹的进一步发展。发展各种“聪明”的新型材料,是人们一直梦寐以求的心愿。怎么能够让没有大脑的材料,聪明起来呢?科学家告诉我们,可以通过作为传感器的各种敏感材料,那是智能材料的雏形,这些敏感材料在集现代科技之大成的人工智能领域的发展中占有重要地位。美国洛克希德公司是世界知名的飞机制造公司,尤以设计和制造新型军用飞机而著称于世。1995年,该公司又有了一项让人喷啧称奇的新发明。工程师们把一种智能结构材料用于飞机的蒙皮中。他们经过反复试验,在飞机中植入了微型传感器微型天线和微型处理器,实现了电子装备与飞机蒙皮的一体化。拥有这种智能材料的飞机,一旦在战斗中或意外事故中受到损伤,微型传感器立即从压力变化、电流变化等因素中“感觉出受损的部位、形状、大小及严重程度等要素,并把有关情况通过微型天线和其他电子设备自动通报给微处理器。若问题不大,微处理器会自动采取必要的补救措施予以处理。若问题严重,微处理器会经电子电路将信息传递到中央处理器,由中央处理器及时作出决策,或是安排在受损部位部分重建电路联系,或是指挥飞机及时调整飞行姿态,从而确保飞机的安全飞行和着陆。目前,智能材料的研究主要集中在机器人制造和调节室内光线的变色玻璃下。例如,科学家研制出一种由硅、橡胶和金属组成的复合材料,它是一种极敏感的力敏材料。只要对它施加轻微的压力,电阻值就会自动降低,从而引起电路中电流的变化。当这一电信号传递到电脑,机器人便会产生一定的动作去完成指定的任务。比如要机器人拿起一个苹果,苹果重量产生的压力所引起的电流信号能使电脑判断出“这是一个苹果”,于是机器人会使用适当的力将苹果握住。

又如,有一种光敏变色玻璃,它含有磷、铝、银等光敏材料。用这种玻璃做的窗户,当阳光强烈时,会自动降低透明度,使房间里光线柔和;当室内光线太暗了,它又会变得更透明,使屋子明亮起来。就好像有人在为自己拉上或打开窗帘一般美国加州大学的研究人员在两层玻璃中涂上一层只有头发丝1/100那么厚的镉涂层敏感材料,只要按一下电钮,窗玻璃就会改变颜色,从而达到调整室内光照和温度的效果。

英国英克化学公司推出一种新款时装,它能在28~33℃的温度范围内随温度的改变,变幻出丰富的色彩。例如,28℃时呈红色;33℃时又呈蓝色。模特儿穿在身上时,由于身体各部位体温的变化,会使服装显现如同彩虹般的迷人色彩。原来,这种时装面料所用的染料是一种热敏液晶材料。这家公司已经开发成功变色范围从20-100℃以上的各种热敏变色液晶材料。由于这些材料对温度的变化极为灵敏,有望为工业、医学和某些领域的研究和应用,提供一个崭新的研究手段智能材料的研究引起了材料科学家的极大兴趣。缤纷多的智能材料传感器将在信息技术领域中,构筑出一道亮丽的风景线。