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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