智能材料的家族

形状记忆合金在智能材料的家族中，有一种具有独特形状记忆功能的合金，称之为形状记忆合金（SMA）。这种合金材料在特定温度条件下其物理性质将会发生显著的变化，即当对预变形的形状记忆合金加热， 使其温度超过合金相变温度时，形状记忆合金材料就会恢复到变形前的形状。最早报导的形状记忆合金的应用实例就是美国宇航局的月面天线计划（图 3）。在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径 5 厘米以下的小团，放入阿波罗 11 号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。

形状记忆合金应用的另一个例子是在医疗方面。日本的一位专家利用对电磁场敏感的铁氧体包覆 TiNi 形状记忆合金丝（ϕ=1.0mm）制成了癌症温热疗法用针（图 4）。首先，通过病人体外的导管将这种形状记忆合金针植入到病人的癌变部位，由于形状记忆功能的作用，SMP 将会发生自变形弯曲现象；其次，在通过涡流效应所产生的高频电磁场作用下， SMP 在癌变部位将能够产生出一定的热量以使癌变区域得到萎缩。在以往的癌症温热疗法中，铁氧体治疗用针存在着两个主要问题：一是针体植入后（因不能弯曲），针的运动对病人来说是潜在的危险；二是由于磁通量的大小与直型针体的位置方向有密切关系，因而导致了癌变部位周围电磁场各向异性，位于癌变部位的针体所释放出的热量是非均匀的， 影响了治疗效果。但使用上述形状记忆合金针 SMP 之后，不仅解决了这两个问题，而且同时还使疗效得到了提高。

此外，形状记忆合金机械手及机器人，特别是微型机器人的研制和开发，一直是形状记忆合金应用的一个热点。小型外科手术、显微镜下的精细作业以及很多场合下，都提出了毫米级微型机械手的要求。人们不仅希望机械手的动作要小，而且其本身的结构尺寸也必须小。图 5 是

一用形状记忆合金作为驱动元件，具有可动的肩、肘、腕及手指的微型机械手。手指和手腕靠 TiNi 合金螺旋弹簧的伸缩实现开闭和弯曲动作， 肘和肩是靠直线状的 TiNi 合金丝的伸缩做弯曲动作，各个形状记忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽可调电流加以控制。

智能皮肤 研制出触觉灵敏、能够自我修复、自我愈合的“智能皮肤”是人类梦寐以求的愿望，如今这一理想正在变为现实。用光纤材料或高分子材料制成能像人的手那样可以“感觉”和“动作”的传感器与执行器；运用电子技术和计算机技术制造出能够像人的大脑那样可以分析判断、逻辑推理及综合理解的微型数据信息处理系统；将这些传感器、执行器及控制系统埋入到结构材料之中就形成了一种具有类似人皮肤那样功能的复合智能材料结构（图 6）。这种“智能皮肤”不仅可以用来制成飞机的机翼和机身的蒙皮，以防止鸟撞飞机等意外事故的发生； 而且，它还可以用在潜艇上，吸收来自声纳的反射波，使其摆脱敌方声纳系统的监控，成为一个真正的“秘密”武器（图 7）。此外，美国的一位科学家研制出了一种可以自行愈合的混凝土（图 8）。他把大量的空心纤维埋入到混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有裂纹修补剂的空心纤维也将随之断裂并释放出裂纹修补液，从而把裂纹牢牢地粘在一起，达到了材料自行愈合之目的。

智能生活用品 在日常生活方面，智能材料结构也具有广阔的应用前景。在不久的将来，家庭中由智能材料结构制成的物品到处可见： 坐椅可根据人的体型调整其形状和温度，使人能更好地解除疲劳；餐桌可使用磁感应来保持食品的温度；墙壁上的智能装饰材料能够改变颜色和纹路，使人们免受洗衣机、吸尘器、抽油烟机等家电带来的噪声之苦； 由电致变色智能材料制成的“智能灵巧窗”可以随气候的变化和人们的活动而自适应地调节热流和采光。此外，用在高级轿车挡风玻璃上的智能雨刷可自动感觉雨量的大小并将其调节到最佳的运动速度。“随身听” 是当代青年人所喜欢的娱乐用品之一。它上面的磁头定位器是由智能材料——压电陶瓷晶片制成的。这种压电陶瓷定位器可以控制磁带始终垂直地贴紧磁头，精确地沿着磁道轨迹运动，使我们能够听到悦耳动听的音乐。