高科技時代的智能材料

不久以后，智能材料將普遍地在我們的生活中出現。

鋼筋、混凝土、塑料、木材等材料，人們再熟悉不過了，它們中大多是沒有知覺沒有反應的“死”材料。它們只能被人所感知，自己無從感知外界情況：在出現“危機問題”時，它們不能告訴人們，也沒法修理自己，只能“坐以待斃”。如今，一些“活”材料正逐步走進我們的生活，并將改變我們的生活。這就是聰明絕頂的智能材料。

大體來說，智能材料就是能感知環境（包括內環境和外環境）刺激，根據不斷變化的外部環境和條件，及時地自動調整自身的結構和功能，并能相應地改變自身的狀態和行為，從而使材料系統始終以一種優化方式對外界變化做出恰如其分的響應的材料。簡單地說，就是智能材料要具備“發現故障”和“自我修復”的功能。但是現有的材料一般比較單一，難以滿足智能材料的要求，所以智能材料一般由兩種或兩種以上的材料復合構成一個智能材料系統。為了“活”起來，智能材料系統要具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：傳感功能、反饋功能、信息識別與積累功能、響應功能、自我診斷能力、自我修復能力、自我調節能力等。

不要以為智能材料離我們很遠，其實在我們熟悉的變色太陽鏡中就含有智能材料。這種智能材料能感知周圍的光線強弱，當周圍的光線很強時，就自行變暗，當光線較弱時，就變得透明起來。不久以后，智能材料將普遍地在我們的生活中出現，如智能服裝會自動調節大小、顏色和溫度；變形建筑允許主人按一下鍵就能改變自身的形狀，智能窗戶會自動調節光線，智能墻壁可以變換顏色，房間和屋頂也能根據需求而擴展、收縮甚至改變外形。

會“報警”的智能材料

有一次，美國一架大型客機發生墜機事件，機上的270名乘客全部喪生。經過檢查，原來是發動機上的一顆小小螺釘斷裂造成機毀人亡。人與動物生病都有前兆，可以及時進行預防、醫治，但飛機即使裂開了口子，也不會喊痛。于是有人設想：如果飛機在剛出現裂紋還沒有斷裂之前，自己能大呼“救命”，向人類發出警報，或者在出現裂紋后，自己能立即自動修補并加固，不就可以避免機毀人亡的悲劇了嗎？

為了實現這個目標，曾有科學家設想在制造機翼的高性能復合材料中嵌入細小的光纖，這些縱橫交錯的光纖就如同機翼的神經，可以感受到機翼上承受的不同壓力。通過測量光纖傳輸光時的各種變化，就能測出飛機機翼承受的不同壓力。當異常情況發生時，光纖發生斷裂，光傳輸中斷，報警裝置便發出警報，以便使機組人員及時采取防范措施?？茖W家還設想可以將一種智能材料薄片貼在機翼上，形成機翼的“智能皮膚”。這種智能材料的覆蓋層可根據飛行員發出的電腦指令改變外形，一旦飛機的升降舵和方向舵失靈就可取代它們，使飛機能繼續正常飛行。

會“修補”的智能材料

2006年8月5日，當人們聚集在巴基斯坦馬爾丹市一座大橋上看洪水時，大橋突然坍塌，至少有60人在這起橋梁坍塌事故中被淹死。像這種事故多數是因材料發生疲勞斷裂而引起的。為了不讓悲劇再度上演，在建筑方面，科學家正集中力量研制使橋梁、高大的建筑設施以及地下管道等能自診其“健康”狀況，并能自行“醫治疾病”的材料。

在這方面，英國伊利斯諾大學的研究已經有了成效。研究員研制出的一種新型智能混凝土，不是由水泥、沙石加水攪拌而成，而是把大量的空心纖維埋于混凝土中，在空心纖維里面裝滿了“裂縫修補劑”。一旦公路、橋梁或高層建筑開裂，空心纖維也會隨之開裂，修補劑便從中流淌出來，自行填補在開裂的地方，使之愈合。

會“治病”的智能材料

英國科學家還在研制一種能讓殘疾兒童借助它“說話”的智能化衣料。殘疾兒童穿上由這種獨特的電子紡織材料制成的馬甲，連接一個語音合成器，就可以簡單地通過輕拍這種觸敏性材料使別人明白其意思。

在醫療方面，智能材料還被應用于藥物自動釋放系統中。日本東京女子醫學院已經推出一種能根據血液中的葡萄糖濃度而擴張和收縮的聚合物。當葡萄糖濃度低時，該聚合物會縮成小球；當葡萄糖濃度高時，小球則會伸展成帶。借助這一特性，這一聚合物可制成人造胰細胞。將這種聚合物包封的胰島素小球注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模擬胰細胞工作。在血液中的血糖濃度高時，小球會釋放出胰島素，當血糖濃度低時，胰島素被密封。這樣，病人的血糖濃度就會始終保持正常的水平。

由于導電有機聚合物在微電流的刺激下可以收縮或擴張，因而具備將電能轉變為機械能的潛力。該類聚合物的導電性使得電刺激可以在整個結構上傳導，這樣，在不破壞聚合物結構的情況下有可能產生較大幅度的形變。這類導電聚合物組成的裝置在較小電流刺激下同樣表現出明顯的彎曲或伸張、收縮能力。目前澳大利亞智能聚合物研究所主要在兩個項目上取得了一些進展。其一，通過將導電聚合物涂覆在預先定性的微纖維上，成功開發了更有序的聚合物裝置。該裝置可以產生比天然肌肉大15倍的力。計算顯示，這種導電聚合物纖維最終將可以產生1000倍于天然肌肉的應力。其二，研究成功基于碳納米管的聚合物致動器。這種致動器包括高度有序的納米管，當電荷加到納米管上或從納米管上卸去時，這些納米管能做出快速的尺寸改變。

會“記憶”的智能材料

你能記得自己剛出生時的情景嗎？不記得吧？若不是聽父母講述，相信記憶力再好的人也不可能記得自己剛出生時的情景。但是有一種神奇的材料卻記得自己“出生”時的樣子，不管人們今后將它弄成什么樣子，只要環境溫度達到某個點，它就會“想起”自己“出生”時的模樣，并恢復本來面目。這種現象被科學家稱為“形狀記憶效應”，具有這種效應的合金就被稱為“形狀記憶合金”，或稱為“記憶合金”。

各種衛星通過無線電波將信號傳送到地球上，發射無線電波當然離不開天線，令許多人不解的是，衛星天線的直徑一般有數米，而且形狀各異，那么，這些天線是如何被裝進小巧的航天飛船里送上太空的呢？原來，這種天線是用具有形狀記憶功能的合金材料制成的。直徑數米的天線可降低溫度，并壓成一小團，然后裝入航天飛船里。當天線在太陽光的照耀下溫度升高到記憶溫度時，天線的記憶力被喚醒了，恢復成“出生”時的樣子。

除了用于制作衛星天線外，還有人用記憶合金制成了溫室窗戶自動開閉器。當溫室溫度升至25℃時，窗戶自動打開，當溫度降至18℃時，窗戶自動關閉。用記憶合金作支撐架的服裝也很有特色，服裝在水中可以任意揉搓清洗，但當它被穿到身上時會自動恢復原來的形狀。