Умный материал

Материал, который можно контролировать извне

Умные материалы , также называемые интеллектуальными или отзывчивыми материалами, ^[1]^{[ нужна страница ]} — это разработанные материалы, которые обладают одним или несколькими свойствами, которые могут быть значительно изменены контролируемым образом внешними стимулами, такими как стресс , влажность, электрические или магнитные поля, свет, температура , pH или химические соединения. ^[2]^[3] Умные материалы являются основой многих приложений, включая датчики и приводы или искусственные мышцы , в частности, как электроактивные полимеры (ЭАП). ^[4]^{[ нужна страница ]}^[5]^{[ нужна страница ]}^[6]^{[ нужна страница ]}^[7]^{[ нужна страница ]}^[8]^{[ нужна страница ]}^[9]^{[ нужна страница ]}

Типы

Существует ряд типов умных материалов, которые уже распространены. Вот некоторые примеры:

Пьезоэлектрические материалы — это материалы, которые создают напряжение при приложении напряжения. Поскольку этот эффект также применяется в обратном порядке, напряжение на образце будет создавать напряжение внутри образца. Соответственно спроектированные структуры из этих материалов могут, таким образом, изгибаться, расширяться или сжиматься при приложении напряжения.
Сплавы с эффектом памяти формы и полимеры с эффектом памяти формы — это материалы, в которых может быть вызвана и восстановлена большая деформация посредством изменения температуры или напряжения ( псевдоупругость ). Эффект памяти формы возникает из-за соответственно мартенситного фазового перехода и вызванной эластичности при более высоких температурах.
Фотоэлектрические материалы или оптоэлектроника преобразуют свет в электрический ток.
Электроактивные полимеры (ЭАП) изменяют свой объем под действием напряжения или электрических полей.
Магнитострикционные материалы демонстрируют изменение формы под воздействием магнитного поля, а также изменяют свою намагниченность под воздействием механических напряжений.
Магнитные сплавы с эффектом памяти формы — это материалы, которые меняют свою форму в ответ на значительное изменение магнитного поля.
Умные неорганические полимеры, демонстрирующие настраиваемые и адаптивные свойства.
Полимеры, чувствительные к pH, — это материалы, которые изменяют свой объем при изменении pH окружающей среды. ^[10]
Термочувствительные полимеры — это материалы, которые претерпевают изменения под воздействием температуры.
Галохромные материалы — это широко используемые материалы, которые меняют свой цвет в результате изменения кислотности. Одно из предлагаемых применений — краски, которые могут менять цвет, чтобы указать на коррозию металла под ними.
Хромогенные системы меняют цвет в ответ на электрические, оптические или термические изменения. К ним относятся электрохромные материалы, которые меняют свой цвет или непрозрачность при приложении напряжения (например, жидкокристаллические дисплеи ), термохромные материалы, которые меняют цвет в зависимости от температуры, и фотохромные материалы, которые меняют цвет в ответ на свет — например, светочувствительные солнцезащитные очки , которые темнеют при воздействии яркого солнечного света.
Ферромагнитные жидкости — 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, возникшие в результате обычного использования, тем самым продлевая срок службы материала.
Диэлектрические эластомеры (ДЭ) — это интеллектуальные материальные системы, которые под воздействием внешнего электрического поля создают большие деформации (до 500%).
Магнитокалорические материалы — это соединения, которые претерпевают обратимое изменение температуры под воздействием изменяющегося магнитного поля.
Термоэлектрические материалы используются для создания устройств, преобразующих разницу температур в электричество и наоборот .
Химически чувствительные материалы изменяют размер или объем под воздействием внешнего химического или биологического соединения. ^[11]

Смотрите также

Ссылки

^ Бенгису, Мурат; Феррара, Маринелла (2018). Материалы, которые движутся: умные материалы, интеллектуальный дизайн . Springer International Publishing. ISBN 9783319768885.
^ Брицци, Сильвия; Кавоцци, Кристиан; Сторти, Фабрицио (29.09.2023). «Умные материалы для экспериментальной тектоники: вязкое поведение магнитореологических силиконов». Тектонофизика : 230038. doi :10.1016/j.tecto.2023.230038. ISSN 0040-1951.
^ Бахл, Шаши; Нагар, Химансху; Сингх, Индерприт; Сехгал, Шанкар (2020-01-01). «Типы, свойства и применение интеллектуальных материалов: обзор». Materials Today: Труды . Международная конференция по аспектам материаловедения и инженерии. 28 : 1302–1306. doi :10.1016/j.matpr.2020.04.505. ISSN 2214-7853.
^ Шахинпур, Мохсен; Шнайдер, Ханс-Йорг, ред. (2007). Интеллектуальные материалы . Издательство РСК. ISBN 978-0-85404-335-4.
^ Шварц, Мел, ред. (2002). Энциклопедия интеллектуальных материалов . John Wiley and Sons. ISBN 9780471177807.
^ Наканиши, Такаши (2011). Супрамолекулярная мягкая материя: применение в материалах и органической электронике . John Wiley & Sons. ISBN 9780470559741.
^ Гауденци, Паоло (2009). Умные структуры: физическое поведение, математическое моделирование и приложения . John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-05982-1.
^ Janocha, Hartmut (2007). Адаптроника и интеллектуальные структуры: основы, материалы, проектирование и приложения (2-е, переработанное издание). Springer. ISBN 978-3-540-71967-0.
^ Шварц, Мел (2009). Умные материалы . CRC Press. ISBN 9781420043723.
^ Бордбар-Хиабани А., Гасик М. «Умные гидрогели для современных систем доставки лекарств». Международный журнал молекулярных наук . 23 (7): 3665. doi : 10.3390/ijms23073665 .
^ Химически чувствительные материалы/Стимуляция химическими и биологическими сигналами , Шнайдер, Х.-Дж.; Ред.:, ( 2015 ) Королевское химическое общество, Кембридж https://dx.doi.org/10.1039/97817828822420

Внешние ссылки

Серия книг «Умные материалы», Королевское химическое общество

[1] Бенгису, Мурат; Феррара, Маринелла (2018). Материалы, которые движутся: умные материалы, интеллектуальный дизайн . Springer International Publishing. ISBN 9783319768885.

[2] Брицци, Сильвия; Кавоцци, Кристиан; Сторти, Фабрицио (29.09.2023). «Умные материалы для экспериментальной тектоники: вязкое поведение магнитореологических силиконов». Тектонофизика : 230038. doi :10.1016/j.tecto.2023.230038. ISSN 0040-1951.

[3] Бахл, Шаши; Нагар, Химансху; Сингх, Индерприт; Сехгал, Шанкар (2020-01-01). «Типы, свойства и применение интеллектуальных материалов: обзор». Materials Today: Труды . Международная конференция по аспектам материаловедения и инженерии. 28 : 1302–1306. doi :10.1016/j.matpr.2020.04.505. ISSN 2214-7853.

[4] Шахинпур, Мохсен; Шнайдер, Ханс-Йорг, ред. (2007). Интеллектуальные материалы . Издательство РСК. ISBN 978-0-85404-335-4.

[5] Шварц, Мел, ред. (2002). Энциклопедия интеллектуальных материалов . John Wiley and Sons. ISBN 9780471177807.

[6] Наканиши, Такаши (2011). Супрамолекулярная мягкая материя: применение в материалах и органической электронике . John Wiley & Sons. ISBN 9780470559741.

[7] Гауденци, Паоло (2009). Умные структуры: физическое поведение, математическое моделирование и приложения . John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-05982-1.

[8] Janocha, Hartmut (2007). Адаптроника и интеллектуальные структуры: основы, материалы, проектирование и приложения (2-е, переработанное издание). Springer. ISBN 978-3-540-71967-0.

[9] Шварц, Мел (2009). Умные материалы . CRC Press. ISBN 9781420043723.

[10] Бордбар-Хиабани А., Гасик М. «Умные гидрогели для современных систем доставки лекарств». Международный журнал молекулярных наук . 23 (7): 3665. doi : 10.3390/ijms23073665 .

[11] Химически чувствительные материалы/Стимуляция химическими и биологическими сигналами , Шнайдер, Х.-Дж.; Ред.:, ( 2015 ) Королевское химическое общество, Кембридж https://dx.doi.org/10.1039/97817828822420