智能復合材料與結(jié)構(gòu)是在復合材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，智能復合材料是能感知環(huán)境變化，通過自我判斷得出結(jié)論，并自主執(zhí)行相應(yīng)指令的材料，具有感知、驅(qū)動和控制這三種要素。
智能復合材料通常是在成型過程中，將傳感材料、致動材料緊密地融合到預(yù)浸料鋪層、濕片鋪層、纖維鋪放、纖維纏繞和樹脂傳遞模塑（RTM）等復合材料上，同時通過與之集成的控制器，使復合材料在承受機械載荷的同時，能夠監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康、自適應(yīng)、自愈合、形狀記憶，實現(xiàn)復合材料的智能化。
由于復合材料的可設(shè)計性強，加之智能結(jié)構(gòu)與先進復合材料的制造方法相同，因此可根據(jù)實際應(yīng)用情況的需要，重新將已（或?qū)ⅲ┯糜诤娇蘸教斓冉Y(jié)構(gòu)中的復合材料部件進行智能化處理，這樣可從根本上解決復合材料構(gòu)件在其結(jié)構(gòu)運行中出現(xiàn)的較難克服的問題，如振頗、應(yīng)力集中等。
1、智能復合材料的主要種類和應(yīng)用
形狀記憶合金纖維增強智能復合材料
形狀記憶合金材料（SMA）是一種功能型金屬材料，被以顆粒、纖維、帶和薄片等形式植入不同種類基體材料，從而達到改進復合材料的整體強度、斷裂韌性和抗沖擊性能等，這類材料被稱之為形狀記憶合金復合材料。
形狀記憶合金材料因其獨特的形狀記憶效應(yīng)和良好的超彈性能，自誕生至今已被廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運輸、海洋結(jié)構(gòu)和生物醫(yī)學等領(lǐng)域。
形狀記憶復合材料的獨特性能對航天結(jié)構(gòu)尤為適用，其集結(jié)構(gòu)部件和伸展機構(gòu)于一體，展開過程通過加熱即可實現(xiàn)，無需電機、軸承、位置傳感器與復雜的電子控制裝置和軟件。
2、光導纖維智能復合材料
光纖智能復合材料是目前國內(nèi)外研究較多的一種智能材料結(jié)構(gòu)，它將光纖傳感器和驅(qū)動器以及有關(guān)信號處理器和控制電路集成在復合材料結(jié)構(gòu)中，通過 機、光、電、熱等激勵和控制。
不僅具有承受載荷的能力，而且具有識別、分析、處理及控制等多種功能，并能進行數(shù)據(jù)的傳輸和多種參數(shù)的檢測；而且具有主動改變材料中的應(yīng)力分布、強度、剛度、形狀、電磁場、光學性能等多種功能；從而使結(jié)構(gòu)材料本身具有自診斷、自適應(yīng)、自學習、自修復、自增殖、自衰減等能力。
3、熱電復合材料
熱電復合材料的制備是通過人工設(shè)計并在基體材料中引入第二相來控制微觀結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化傳統(tǒng)熱電材料的性能，開發(fā)出新的高性能熱電材料。
4、壓電智能復合材料
壓電智能結(jié)構(gòu)是利用壓電材料所具有的壓電效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)具有傳感和驅(qū)動的能力。壓電智能材料可以將壓強、振動等迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，或?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)變?yōu)檎駝有盘?，也就是說壓電元件既能作傳感器又能作驅(qū)動器，實現(xiàn)了傳感元件與動作元件的統(tǒng)一。這種結(jié)構(gòu)具有響應(yīng)快、自診斷、自修復等特點，特別在減振與噪聲控制方面，實現(xiàn)了振動的部分抑制，在航空航天領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。
美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員采用柔性聚合物載體支撐的壓電泡沫陶瓷，有望將通過標準的壓電復合材料采集機械能與熱能的能力提高10倍。這項研究改善了壓電復合材料的性能，更有效地將機械能轉(zhuǎn)化為電能。
5、電/磁流變體智能復合材料
電/磁流變體智能復合材料是一種重要的智能復合材料，其主要由磁流變體（MR）和電流變體（ER）構(gòu)成。電/磁流變體在外加電/磁場作用下，內(nèi)部會出現(xiàn)一種沿電/磁場方向的纖維狀結(jié)構(gòu)，使得體系粘度在短時間內(nèi)急劇增大，同時伴隨屈服應(yīng)力、彈性模量顯著增加，而當撤去外電/磁場后又可在瞬間內(nèi)恢復到液體。利用這一特點，與其它材料復合可實現(xiàn)材料的智能化。
6、pH響應(yīng)凝膠纖維智能復合材料
pH響應(yīng)性的高分子材料，由于其獨特的智能響應(yīng)性而在催化、生物醫(yī)學、傳感器等領(lǐng)域有著極為重要的應(yīng)用研究價值。pH響應(yīng)性凝膠纖維是隨pH值的變化而產(chǎn)生體積或形態(tài)改變的凝膠纖維，即其在水中由于pH值的不同產(chǎn)生可逆的收縮和溶脹，使得化學能和機械能發(fā)生相互轉(zhuǎn)換。通過選擇組分和加工技術(shù)，可以合成具備多功能的復合材料。
國內(nèi)外研究發(fā)展狀況
1、發(fā)展異常迅速
以美國為首的一些西方國家已研制出大型智能復合材料構(gòu)件，并正在進行模擬測試和驗證。例如智能結(jié)構(gòu)制成的自適應(yīng)機翼。
研究表明，在機翼結(jié)構(gòu)中使用磁致伸縮致動器，可使機翼阻力降低85%。波音公司和麻省理工學院聯(lián)合研究開發(fā)的一項新課題，通過在槳葉中嵌入智能纖維，電致流變體時可使槳葉扭轉(zhuǎn)變形達幾度。
智能結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)還可以對復合材料構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)變、溫度、裂紋進行實時測量，探測其疲勞和受損傷情況，從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測和對壽命進行預(yù)測。
例如，采用光纖智能材料與結(jié)構(gòu)進行復合材料的狀態(tài)監(jiān)測與損傷估計，即在材料或結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位埋置光纖傳感器或其陣列，進行全壽命期實時監(jiān)測、損傷評估和壽命預(yù)測。
日本公司利用壓電陶瓷（PZT）致動器/FBG傳感器，實現(xiàn)了對新一代航天器先進復合材料結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測。
此外，多材料3D打印的發(fā)展進一步促進了智能復合材料結(jié)構(gòu)的制造。
2、形研究團體日趨增加，多以宇航及國防應(yīng)用為目標
由于智能復合材料是一種跨學科、跨行業(yè)的新技術(shù)領(lǐng)域，因此不僅需要材料專家，還需要化學、物理學、系統(tǒng)控制等諸多方面的人才，因而從事該方面研究的跨學科綜合學術(shù)團體迅速涌現(xiàn)。而國防部門及宇航系統(tǒng)對該領(lǐng)域的研究更是給予了高度重視。
美國的國防部、國家宇航局、空軍及各大飛機制造公司的研究部門以及日、英等國家均制定和提出了各自完備的發(fā)展計劃。
3、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并行
智能材料雖然發(fā)展迅速，但仍然是一個尚未成熟的領(lǐng)域，許多概念仍未認識或統(tǒng)一，因此基礎(chǔ)研究還應(yīng)大力加強。由于應(yīng)用目標明確，尤其是軍事需求迫切，構(gòu)件的研究、制造已經(jīng)紛紛上馬，并朝著智能的集成化、傳感、動作與控制系統(tǒng)的小型化方向發(fā)展。
結(jié)語
智能復合材料作為復合材料方向的一個重要分支，結(jié)合了有機和物理化學、材料科學、生物化學及電氣和機械工程等眾多學科，賦予了材料“生命”特征，在眾多領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展前景。智能復合材料是高技術(shù)的綜合，其發(fā)展將全面提高材料的設(shè)計以及應(yīng)用水平。實現(xiàn)復合材料的智能化將顯著降低工藝成本，提高可靠性和使用效率，拓展復合材料的應(yīng)用范圍，是智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)向應(yīng)用轉(zhuǎn)化的理想途徑之一。
來源：中國復材、榮格復材技術(shù)
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