智能材料与建筑

I武汉轻工大学题目：智能材料与建筑姓名范迪学院土木工程与建筑学院专业工程管理1103班学号110602326指导教师范吉君I目录一、什么是智能材料...................................................................................................................................................-1-（一）智能材料概述.........................................................................................................................................-1-（二）智能材料特征.........................................................................................................................................-1-（三）智能材料的组成及工作原理............................................................................................................-2-（四）智能材料的分类.....................................................................................................................................-2-二、智能材料在建筑中的应用................................................................................................................................-3-（一）智能建筑材料.........................................................................................................................................-3-1、智能混凝土...........................................................................................................................................-3-2、智能玻璃................................................................................................................................................-4-3、智能玻璃幕墙.......................................................................................................................................-5-5、智能板材................................................................................................................................................-6-6、环保砖.....................................................................................................................................................-6-7、TIM材料................................................................................................................................................-6-（二）建筑中的具体应用................................................................................................................................-6-1、“自愈合“功能..................................................................................................................................-6-2、大型混凝土结构的安全性诊断.....................................................................................................-6-3、自诊断功能的碳纤维压敏混凝土结构......................................................................................-7-4、形状记忆聚合物..................................................................................................................................-7-5、电致变色材料.......................................................................................................................................-7-6、含有光纤传感器的智能复合材料................................................................................................-7-三、结语...........................................................................................................................................................................-7--1-智能材料与建筑摘要：智能材料已成为全球研究和开发的热点，随着智能材料的发展，智能材料在建筑中的应用越来越广。本文介绍了智能材料的特征、组成、分类，智能建筑材料及其在建筑中的应用。关键词：智能材料；智能建筑材料；建筑一、什么是智能材料（一）智能材料概述智能材料是二十世纪90年代迅速发展起来的一类新型复合材料。智能材料目前还没有统一的定义，不过，现有的智能材料的多种定义仍然是大同小异。大体来说，智能材料就是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。具体来说，智能材料需具备以下内涵：（1）具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度，如电、光、热、应力、应变、化学、核辐射等；（2）具有驱动功能，能够响应外界变化；（3）能够按照设定的方式选择和控制响应；（4）反应比较灵敏、及时和恰当；（5）当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态。（二）智能材料特征（1）传感功能。能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。（2）反馈功能。可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。（3）信息识别与积累功能。能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。（4）响应功能。能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。（5）自诊断能力。能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。-2-（6）自修复能力。能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。（7）自调节能力。对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。（三）智能材料的组成及工作原理一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。（1）基体材料。基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料。高分子材料重量轻、耐腐蚀，具有粘弹性的非线性特征而成为首选，其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。（2）敏感材料。敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化(包括压力、应力、温度、电磁场、pH值等)。常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。（3）驱动材料。因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务。常用驱动材料有形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。这些材料既是驱动材料又是敏感材料。（4）其它功能材料。包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。（5）信息处理器。信息处理器是核心部分，它对传感器输出信号进行判断处理。（四）智能材料的分类智能材料分类方法有多种，一般若按功能来分可以分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电（磁）致伸缩材料等；若按来源来分，智能材料可以分为金属系智能材料、无机非金属系智能材料和高分子系智能材料。根据智能材料模拟生物行为的模式将其分为四类：（1）智能传感材料智能传感材料对诸如热、电和磁等外部信号刺激具有监测、感知和反馈的能力，是智能结构的必需组件。较典型的传感材料有压电材料、微电子传感器、光纤等。其中光纤是在智能结构中最常使用的传感材料，它可以在非破损的情况下感知并获得被测结构物全部的物理参数，如温度、变形、电场或磁场等。（2）智能驱动材料-3-智能驱动材料对于温度、电场或磁场等变化具有产生形状、刚度、位置、固有频率、湿度或其它机械特性响应的能力。目前常用的智能驱动材料主要有形状记忆合金和电粘性液体等。（3）智能修复材料智能修复材料是模仿动物的骨组织结构和受伤后的再生、恢复机理，采用粘接材料和基材相复合的方法，对材料损伤破坏具有自行愈合和再生功能，能恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。（4）智能控制材料智能控制材料对智能传感材料的反馈信息具有记忆、存储、判断和决策能力，并控制和修正智能驱动材料和智能修复材料的行为。微型计算机是智能控制材料的主要代表，其控制算法由专门程序提供。在智能控制材料的制作过程中，响应的控制被存储在更高层次的集成水平上，在实际应用时程序模拟人脑，具有多方位求解复杂问题的能力。二、智能材料在建筑中的应用（一）智能建筑材料1、智能混凝土（1）自感应混凝土混凝土材料本身并不具备自感应功能，但在混凝土基材中复合部分导电相可使混凝土具备本征自感应功能。目前常用的导电