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智能陶瓷材料展望

發(fā)布:2008-6-5 10:22:30  來源: 科技在線 [字體: ]

  智能陶瓷材料包括對環(huán)境敏感且能對環(huán)境變化作出靈敏反應的材料,目前已成為材料科學及工程領域中研究的亮點。智能陶瓷將包括功能材料、驅動系統(tǒng)與反饋系統(tǒng)結合的智能材料系統(tǒng)或結構。由于其綜合性功能的發(fā)揮,它可適時感知與響應外界環(huán)境的變化,實現(xiàn)自測、自診斷、自修復、自適應等諸多性能。用于智能陶瓷系統(tǒng)的材料與制品,已形成仿生聚合物、導電聚合物,電流變流體、光纖傳感系統(tǒng)、磁致伸縮材料、微電機系統(tǒng)、壓電及電致伸縮陶瓷,壓電聚合物、壓電陶瓷(聚合物)復合材料,形狀記憶材料及聚合物等。其中功能陶瓷材料將是智能陶瓷及其器件進行設計與發(fā)展使用的主要核心材料。

    當前有些功能陶瓷制品已具有智能化的功能,如半導體鈦酸鋇正溫度系數(shù)熱能電阻及氧化鋅變阻器,它們對于溫度和電壓已經具備自身診斷、候補保護與自身修復的功能,可以使材料本身抵抗環(huán)境的突然變化,并可重復多次使用。在智能陶瓷系統(tǒng)中,壓電陶瓷是最重要的品類。由于壓電陶瓷具有機電、聲、光、熱、彈等多種功能及耦合效應,可以用作壓力、溫度、光等多種傳感器,壓電驅動器又具有位移控制精度高、響應快、推動力大、驅動功率低和工作頻率寬等優(yōu)點,所以常使用壓電陶瓷材料用于結構減震、控制震動、結構破壞及有源消聲等。現(xiàn)在已經普及使用及正擬開發(fā)研制的壓電類智能陶瓷制品及材料系統(tǒng)如下:

    (1)高級轎車減震裝置:利用正壓電效應、逆壓電效應和電致伸縮效應綜合研制成功智能減震器,具有識別路面并能自我調節(jié)的功能。該減震器可將粗糙路面形成的震動減到最低限度,提高乘車人員乘車的舒服感。整個感知與調節(jié)過程只需要20秒。另外,采用智能陶瓷材料制成的減震裝置還可以推廣應用到精密加工的穩(wěn)固工作平臺等方面。

    (2)智能雨刷:由利用鈦酸鋇陶瓷的壓阻效應制成智能陶瓷雨刷,可以自動感知雨量,自動將轎車擋風玻璃上的雨刷調節(jié)到最佳速度。

    (3)有源消聲:主要使用于振動頻率低于500赫茲的消聲,系由壓電陶瓷拾音器、諧振器、模擬聲線圈和數(shù)字信號處理集成電路組成。

    (4)可以利用智能陶瓷材料開發(fā)智能安全系統(tǒng)與智能傳輸系統(tǒng)。

    (5)熱釋電電壓變壓器:此產品是由兩種或兩種以上功能陶瓷進行組合后形成的新型復合陶瓷功能塊。它能夠產生一些新效應亦稱組合功能效應。智能陶瓷材料的開發(fā)研究正處于剛剛興起時期,它的應用將對汽車、造船、建筑、機械、家電、航天、國防等工業(yè)領域產生重要影響,大大提高其智能與自動化的水平。

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