薄膜材料第三節(jié)智能薄膜材料演示文稿

薄膜材料第三節(jié)智能薄膜材料演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共28頁(yè)。（優(yōu)選）薄膜材料第三節(jié)智能薄膜材料當(dāng)前2頁(yè)，總共28頁(yè)。智能材料定義：----(Intelligentmaterial，Smartmaterial

)是一種能從自身的表層或內(nèi)部獲取關(guān)于環(huán)境條件及其變化的信息，并進(jìn)行判斷、處理和作出反應(yīng)，以改變自身的結(jié)構(gòu)與功能，并使之很好地與外界相協(xié)調(diào)的具有自適應(yīng)性的材料系統(tǒng)。當(dāng)前3頁(yè)，總共28頁(yè)。智能材料需具備的內(nèi)涵：

（1）具有感知功能，能夠檢測(cè)并且可以識(shí)別外界（或者內(nèi)部）的刺激強(qiáng)度，如電、光、熱、應(yīng)力、應(yīng)變、化學(xué)、核輻射等；

（2）具有驅(qū)動(dòng)功能，能夠響應(yīng)外界變化；

（3）能夠按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)；

（4）反應(yīng)比較靈敏、及時(shí)和恰當(dāng)；

（5）當(dāng)外部刺激消除后，能夠迅速恢復(fù)到原始狀態(tài)。當(dāng)前4頁(yè)，總共28頁(yè)。智能材料必須具備感知、控制和驅(qū)動(dòng)三個(gè)基本要素。智能材料一般由兩種或兩種以上的材料復(fù)合構(gòu)成一個(gè)智能材料系統(tǒng)。

當(dāng)前5頁(yè)，總共28頁(yè)。智能材料的基本結(jié)構(gòu)：

智能材料不是一種單一的材料，而是一個(gè)由多種材料組元通過(guò)有機(jī)緊密復(fù)合或嚴(yán)格地科學(xué)組裝而構(gòu)成的材料系統(tǒng)，是一種智能機(jī)構(gòu)。

傳感器執(zhí)行器控制器智能機(jī)構(gòu)材料自身能夠探測(cè)到外部環(huán)境狀態(tài)的變化能夠自動(dòng)地執(zhí)行改變材料狀態(tài)的指令能夠?qū)μ綔y(cè)到的外部環(huán)境的變化作出判斷，并給出相應(yīng)的改變材料狀態(tài)的指令當(dāng)前6頁(yè)，總共28頁(yè)。智能材料的構(gòu)成是由基體材料、敏感材料、驅(qū)動(dòng)材料和信息處理器四部分構(gòu)成。(當(dāng)前7頁(yè)，總共28頁(yè)。1)基體材料：擔(dān)負(fù)著承載的作用，一般選用輕質(zhì)材料。首選高分子材料，因?yàn)槠渲亓枯p、耐腐蝕。其次也可選用金屬材料，以輕質(zhì)有色合金為主。)敏感材料：擔(dān)負(fù)著傳感的任務(wù)，其主要作用是感知環(huán)境變化（包括壓力、應(yīng)力、溫度、電磁場(chǎng)、PH值等）。常用敏感材料：形狀記憶材料、壓電材料、光纖材料、磁致伸縮材料、電致變色材料、電流變體、磁流變體和液晶材料等。(3)驅(qū)動(dòng)材料

在一定條件下驅(qū)動(dòng)材料可產(chǎn)生較大的應(yīng)變和應(yīng)力，所以它擔(dān)負(fù)著響應(yīng)和控制的任務(wù)。常用有效驅(qū)動(dòng)材料：形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等。(4)其它功能材料（信息處理器）

包括導(dǎo)電材料、磁性材料、光纖和半導(dǎo)體材料等。當(dāng)前8頁(yè)，總共28頁(yè)。如：將光導(dǎo)纖維、形狀記憶合金和鎵砷化合物半導(dǎo)體控制電路埋入復(fù)合材料中。光導(dǎo)纖維傳感元件(檢測(cè)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變和溫度)形狀記憶合金執(zhí)行元件

(使結(jié)構(gòu)動(dòng)作改變性狀)半導(dǎo)體控制電路控制系統(tǒng)(根據(jù)傳感元件的信息驅(qū)動(dòng)元件動(dòng)作)當(dāng)前9頁(yè)，總共28頁(yè)。智能結(jié)構(gòu)的動(dòng)作流程圖識(shí)別分析判斷行動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件自適應(yīng)地改變結(jié)構(gòu)形狀、剛度、位置、應(yīng)力狀態(tài)、固有頻率等當(dāng)前10頁(yè)，總共28頁(yè)。智能材料分類(lèi)智能金屬及合金材料智能金屬陶瓷材料智能高分子材料智能生物材料等智能合金材料：形狀記憶合金薄膜當(dāng)前11頁(yè)，總共28頁(yè)。二、形狀記憶合金薄膜材料形狀記憶材料——具有形狀記憶效應(yīng)的材料。形狀記憶效應(yīng)(ShapeMemoryEffect,簡(jiǎn)稱(chēng)SME)：

——材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，達(dá)到屈服點(diǎn)，就產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力消除后留下永久變形，再對(duì)材料施加適當(dāng)?shù)耐饨鐥l件，材料的變形隨之消失而回復(fù)到變形前形狀的現(xiàn)象。（一）形狀記憶合金材料基本概念當(dāng)前12頁(yè)，總共28頁(yè)。Ti-Ni形狀記憶合金制造的人造衛(wèi)星天線(xiàn)當(dāng)前13頁(yè)，總共28頁(yè)。形狀記憶合金：具有形狀記憶效應(yīng)的金屬，通常是由2種以上的金屬元素構(gòu)成的合金，故稱(chēng)為形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloys，簡(jiǎn)稱(chēng)SMA)。

形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)：

20世紀(jì)60年代初，美國(guó)馬里蘭州海軍軍械研究所的科學(xué)家比勒，用鎳鈦合金絲做試驗(yàn)。這些合金絲彎彎曲曲，為了使用方便，他把這些合金絲弄直了。但是，當(dāng)他無(wú)意中把合金絲靠近火的時(shí)候，奇跡發(fā)生了：已經(jīng)弄直的合金絲居然完全恢復(fù)了它們?cè)瓉?lái)彎彎曲曲的形狀。當(dāng)前14頁(yè)，總共28頁(yè)。形狀記憶效應(yīng)可分為3種類(lèi)型：①單程形狀記憶效應(yīng)②雙程形狀記憶效應(yīng)③全程形狀記憶效應(yīng)

當(dāng)前15頁(yè)，總共28頁(yè)。形狀記憶效應(yīng)機(jī)制示意圖原子排列面的切應(yīng)變結(jié)構(gòu)相同，位相不同的馬氏體變體界面移動(dòng)，相互吞食變形前后M結(jié)構(gòu)未變當(dāng)前16頁(yè)，總共28頁(yè)。形狀記憶合金晶體結(jié)構(gòu)變化模型當(dāng)前17頁(yè)，總共28頁(yè)。Ti-Ni基形狀記憶合金Cu基形狀記憶合金

Fe基形狀記憶合金

（三）主要幾類(lèi)形狀記憶合金薄膜Ti-Ni基形狀記憶合金：

優(yōu)點(diǎn)：記憶效應(yīng)優(yōu)良、性能穩(wěn)定、生物相容性好缺點(diǎn)：制造過(guò)程較復(fù)雜，價(jià)格高昂

當(dāng)前18頁(yè)，總共28頁(yè)。CsCl結(jié)構(gòu)的體心立方晶體高溫相（母相TiNi）Ｂ２結(jié)構(gòu)單斜晶體馬氏體冷卻１R相（棱面體點(diǎn)陣）適當(dāng)?shù)臒崽幚砘虺煞謼l件R相變２TiNi的兩種不同的相變過(guò)程在Ti-Ni二元合金系中有TiNi、Ti2Ni和Ti3Ni三種金屬間化合物。形狀記憶合金的主要成分當(dāng)前19頁(yè)，總共28頁(yè)。單斜晶體馬氏體冷卻棱面體點(diǎn)陣R相一定的熱處理或成分條件CsCl體心立方結(jié)構(gòu)母相當(dāng)前20頁(yè)，總共28頁(yè)。（四）Ti-Ni基形狀記憶合金薄膜的制備濺射沉積、真空蒸發(fā)沉積、激光熔融等已用于制備厚度大于10μm的NiTi形狀記憶合金薄膜。其中濺射方法是獲得完整形狀記憶效應(yīng)的主要方法。影響薄膜質(zhì)量的主要濺射參數(shù)是射頻功率、Ar氣分壓、基片-靶距離、基片溫度和靶的合金組分。當(dāng)前21頁(yè)，總共28頁(yè)?！镌诘虯r氣分壓下制得的NiTi膜較為平整，無(wú)任何結(jié)構(gòu)特征面；★在高Ar氣分壓下所得到的膜呈柱狀結(jié)構(gòu)。柱狀結(jié)構(gòu)表明膜是多孔的。這一結(jié)構(gòu)可能是由于沉積原子在生長(zhǎng)膜表面的遷移受到限制所致。

★在較高Ar氣分壓下，由于Ar離子間的碰撞而使被濺射出來(lái)的原子能量降低，導(dǎo)致其表面擴(kuò)散能力的降低，而且在高Ar氣分壓下，吸附在膜表面的Ar離子會(huì)干擾Ti和Ni原子的表面擴(kuò)散。當(dāng)前22頁(yè)，總共28頁(yè)。有兩種方法使濺射沉積的NiTi膜具有記憶形狀：①在室溫濺射沉積NiTi膜，然后在733K左右的溫度下使其結(jié)晶化；②在基片溫度高于623K的溫度下濺射沉積NiTi膜。當(dāng)前23頁(yè)，總共28頁(yè)。（五）形狀記憶合金及薄膜的應(yīng)用當(dāng)前24頁(yè)，總共28頁(yè)。1.微動(dòng)器：獲得快速驅(qū)動(dòng)利用Si基微機(jī)械加工技術(shù)和濺射沉積NiTi膜，人們已制造出原形微動(dòng)器，它們包括彈簧、雙梁懸臂、閥、鏡面驅(qū)動(dòng)器、隔膜、微夾具等等。當(dāng)前25頁(yè)，總共28頁(yè)。2.在航空上的應(yīng)用：制造人造衛(wèi)星天線(xiàn)Ti-Ni形狀記憶合金制造的人造衛(wèi)星天線(xiàn)美國(guó)宇航局的月面天線(xiàn)計(jì)劃：在室溫下用形狀記憶合金制成拋物面天線(xiàn)，然后把它揉成直徑5厘米以下的小團(tuán)，放入阿波羅11號(hào)的艙內(nèi)，在月面上經(jīng)太陽(yáng)光的照射加熱使它恢復(fù)到原來(lái)的拋物面形狀,從而能用空間有限的火箭艙運(yùn)送體積龐大的天線(xiàn)。當(dāng)前26頁(yè)，總共28頁(yè)。3.工程應(yīng)用:緊固件、連接件、