本帖最后由 搁浅 于 2025-6-14 17:39 编辑
在当今科技飞速发展的时代，智能材料与结构正逐渐成为改变世界的“神奇力量”。最近，《Materials》期刊上发表了一篇由Bing Wang、Tung Lik Lee和Yang Qin撰写的综述文章，为我们揭示了智能材料与结构的最新进展。这些材料不仅能感知环境变化，还能做出响应，仿佛拥有了“智慧”，它们的应用范围从航空航天到日常生活，展现出巨大的潜力。
一、什么是智能材料与结构？
智能材料与结构是一种能够对外部相应（如光、温度、应力、湿度、电场或磁场）做出主动或被动响应的新型材料。它们可以改变形状、性能或机械/电磁响应，从而在各种工业应用中表现出色，尤其是在航空航天领域。这些材料的神奇之处在于，它们能够将传感器、执行器和控制电路元件集成到一个系统中，像生物体一样适应环境变化。
二、智能材料的“黑科技”：从生物模拟到高熵合金（一）生物模拟捕蝇草结构
Wang等人研究了基于智能复合材料的生物模拟捕蝇草结构。捕蝇草能够快速捕捉昆虫，其生物力学原理被引入到智能材料的设计中。通过模仿捕蝇草的“陷阱”机制，科学家们开发出了能够快速响应环境变化的智能复合材料。这种材料可以应用于需要快速反应的场景，比如智能窗户和自适应结构。
（二）高熵合金 Guo等人研究了一种名为Co32Cr28Ni32.94Al4.06Ti3的高熵合金。这种合金具有单相、无序、面心立方固溶体结构，通过固溶强化表现出优异的力学性能。高熵合金的独特之处在于其成分复杂但结构简单，能够在极端环境下保持稳定，是航空航天和高端制造领域的理想材料。
（三）胆甾相液晶（CLCs） Lee等人综述了聚合物稳定的胆甾相液晶（PSCLCs）的电光响应。这种材料能够在外部**（如电场、热和光）下改变光学性质，展现出动态的光学效果。未来，这种材料有望应用于智能显示、光学存储和可调谐激光器等领域，为光学技术带来革命性的变化。
三、智能材料的“超能力”：从减震到健康监测（一）磁流变弹性体（MRE）减震器
Huang等人开发了一种基于MRE的复合双向减震器，用于减轻人形双足机器人的振动和冲击。这种减震器能够根据机器人的运动状态实时调整减震效果，保护机器人的机械关节和电子系统。这项技术不仅适用于机器人，还可以推广到汽车、航空航天等领域，提升设备的稳定性和使用寿命。
（二）压电智能材料 Liu等人应用拓扑优化的压电智能材料来提高叶片盘的气动弹性稳定性。通过在叶片上嵌入或粘贴压电材料，并利用不同的电容值来调整叶片的刚度，科学家们成功地提高了叶片盘的稳定性。这种技术对于航空航天发动机的性能提升具有重要意义，能够有效减少叶片的振动和疲劳损伤。
（三）结构健康监测 Perfetto等人提出了一种基于导波的人工神经网络（ANN），用于确定结构损伤的位置。通过在结构中传播导波并利用ANN进行数据分析，科学家们能够快速、准确地定位损伤位置。这项技术对于大型基础设施（如桥梁、飞机结构）的健康监测具有重要价值，能够及时发现潜在的安全隐患。
四、智能材料的“贴心服务”：从纺织传感器到可拉伸导体（一）纺织基传感器
Zhou等人综述了纺织基机械传感器（TMSs）的最新进展。这种传感器具有灵活性、舒适性、低成本和可穿戴性，能够贴合人体收集机械、物理和化学**，用于健康监测和运动记录。未来，纺织基传感器有望成为智能服装的核心部件，为人们提供实时的健康数据。
（二）可拉伸导体 Liu等人设计了一种具有线性束状结构的可拉伸导体，结合3D打印技术制备。这种导体在机械变形下仍能保持良好的电性能，适用于可穿戴设备和机械臂等需要大变形的应用场景。可拉伸导体的发展将为柔性电子设备的普及提供关键技术支持。
（三）气体箔轴承的热力学性能测量 Martowicz等人开发了一种新型测量方法，使用由Inconel合金制成的专用传感箔来确定气体箔轴承的热力学性能。这种测量方法能够精确地获取轴承在不同工况下的温度和应力分布，为轴承的设计和优化提供了重要依据。
（四）pH传感器 Long等人制造了一种基于自组装聚苯胺/聚丙烯酸（PAni/PAA）层的无芯光纤pH传感器。这种传感器具有快速响应和宽测量范围的特点，能够在液体环境中准确测量pH值。它在临床诊断、环境保护和食品安全等领域具有广泛的应用前景。
五、结语
智能材料与结构的最新进展为我们展示了科技的无限可能。从生物模拟到高熵合金，从减震到健康监测，从纺织传感器到可拉伸导体，这些材料和结构正在逐步改变我们的生活。未来，随着技术的不断进步，智能材料与结构将在更多领域发挥重要作用，为人类创造更加美好的未来。
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