智能材料精编4篇

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智能材料1

Intelligent Nanomaterials

2012，837p

Hardcover

ISBN9781848213678

Ashutosh Tiwari等著

新材料作为工业发展的根本推动力之一，为新产品问世，进而增加社会财富奠定了基础。最近10年，基于纳米结构的特殊行为，具有独特性能的材料大量涌现。

本书旨在对智能纳米材料领域的最新研究进展进行介绍，包括：分子设备材料、仿生材料、混合型功能聚合物复合材料、信息和能量转化材料以及环境友好材料。

全书共分4部分 22章。第1部分，无机材料，含第1-7章：1.半导体量子点的合成、表征及自组装；2.一维半导体金属氧化物：合成、表征及相应气体传感器的应用；3.稀土绝缘纳米晶体：基于改进发光性能的纳米荧光粉的等离子体显示板；4.非晶态多孔复合氧化物：一种新型高度灵活的材料；5.纳米氧化锌及其应用；6.应用于空间及能源领域的智能纳米材料；7.智能玻璃：热致变色薄膜及纳米复合材料。第2部分，有机材料，含第8-11章：8.纳米聚合物、胶束及核壳材料；9.纳米材料与酞菁类的复合材料；10.碳和聚合物材料的纳米复合体及其在能量转换装置中的应用；11.纤维素生物塑料在生物医药中的发展。第3部分，生物材料和设备，含第12-14章：12.智能水凝胶纳米复合材料；13.防渗技术：聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料；14.基于聚合物/复合材料的智能传感器。第4部分，含第15-22章：15.药物输送中的水凝胶纳米粒子；16.应用于生物分子的纳米晶体生长机制；17.组织和细胞中单一生物分子的量子点检测、识别和跟踪；18.基于纳米纤维的医疗设备；19.作为核医学新材料的纳米载体系统；20.面向纳米仿生设备的纳米仿生材料；21.用于医学诊断的脂质纳米生物传感器；22.聚合物纳米纤维及其在传感器中的应用。

本书作者之一Ashutosh Tiwari教授，毕业于印度阿拉哈巴德大学，材料化学家，是先进材料快报的主编，就职于瑞典林雪平大学（Link & ouml；Ping University）生物传感器和生物电子学中心，于2011年获得声誉极高的“材料科学创新奖”。

本书适合于具有不同背景的研究者，诸如化学、材料科学、物理、生物科学和工程等。它不仅可以作为研究生和本科生的教科书，也是一本很好的针对材料科学、生物工程、药学、生物技术和纳米技术工作者的参考书。

张文涛，副研究员

（中国科学院半导体研究所）

智能材料2

关键词：智能材料与结构；研究生教学；实践与探索

中图分类号：G6432文献标志码：A文章编号：

10052909（2015）02004103

智能材料结构是材料学与多学科交叉融合发展起来的高新技术结构，是集传感、驱动及信息处理等功能于一体的功能性材料结构，具有自诊断、自适应、自学习、自修复、自增值、自衰减等六大生命功能 [1]。近20年来，智能材料结构随着材料科学、力学、控制理论、计算机技术、信息理论等学科的发展已成为国内外最活跃的研究领域之一，国内外学者对智能结构的研究及探索不断深入，智能结构领域及技术迅速发展[2]。智能材料与智能结构是力学的重要分支，其研究涉及土木工程、力学、材料学、化学、信息论、电子技术、机械工程、光学、计算机技术、仿生学、控制理论等一系列学科中的先进技术，同时引发出新的研究领域。如仿生机器人、结构健康监测、传感材料、驱动材料、元器件及材料制造新技术和新的控制理论等[3]。

智能材料与结构在土木工程领域中有着巨大的应用前景，其发展不仅意味着增强结构功能，提高结构使用效率及优化结构设计形式，而且也打破了许多土木工程结构在设计、建造、维护和使用控制等方面的传统观念。目前，在土木工程结构领域，智能材料结构系统的应用主要集中在结构的健康监测，形状自适应记忆合金材料及结构减振抗风降噪的自适应控制等方面[4]。为提高工程结构质量和结构安全性及使用可靠性，将智能材料中先进的自诊断理念引入研究领域，针对重大工程中结构损伤特征及应用对象和领域，研制应用于土木工程结构的主动减振、精密位移控制、损伤主动在线监测技术的智能材料与结构。

在土木工程专业研究生教学中开设智能材料与结构课程非常有必要。目前，智能材料与结构课程教学在课程体系上较封闭，学生知识面不够导致

学习积极性不高，且由于该门课程学时的限制，教师授课时只能挑选部分章节讲授，疑难问题不断增加，给研究生科研指导不大，忽略了这门课程对研究生实践能力的培养，严重影响了学生学习内容的深度和广度。

文中针对土木工程专业研究生的研究及专业工作背景，将智能材料与结构课程作为选修课，对如何实现这门课程的教学目标，提高教学质量，提高研究生学习的科研兴趣和实践能力进行了思考，对这门课程的选修内容及教学、实践、成绩评定等环节进行了探索研究。

一、教学内容

智能材料与结构是以材料—器件—结构—系统为主线，将基本理论与工程应用紧密结合，从材料与智能、智能材料、智能器件、智能材料结构和智能结构系统等方面循序渐进地介绍智能材料与结构系统的基本概念、性能特征、发展和应用等。结合土木工程专业研究生研究课题及就业背景，选择与土木工程行业紧密相关的智能材料与结构内容作为教学主讲内容。

首先介绍智能材料与结构的一些基本概况，包括驱动材料、驱动器与传感器，以及自适应复合材料系统中的模型与应用、自适应系统、旋翼应用、航空器控制和智能结构应用等。根据实例引入形状记忆合金的概况，包括工作原理及应用，重点介绍形状记忆合金在土木工程中的隔震体系、粘弹性阻尼器、自修复埋入式智能监测的实例。在工程结构无损中应用最为广泛的领域中，需介绍压电复合材料的力学原理及应用，重点介绍其作为智能驱动器与传感器时在土木工程领域中结构健康监测方面的应用实例。在土木工程结构抗震设计中，介绍电/磁致伸缩与电/磁流变体的工作原理，磁致伸缩智能材料是一种磁致伸缩效应强烈，具有高磁致伸缩系数并具有电磁能/机械能转换功能的材料。磁致伸缩材料作为智能材料与结构在土木工程领域中主要用于传感、监测和远距离信息传输方面，具有较好的应用前景。将智能器件置于土木工程结构中，实现其自适应的结构功能，主要介绍智能光纤材料的工作原理及其应用，复合材料中埋入光纤传感器和驱动器是目前应用前景最广、技术基础最成熟的一种智能材料。最后对智能材料与结构的应用前景及发展进行总结和展望。

二、教学实践与探索

（一）不同研究方向教师的正确引导

研究生阶段的学习关键已不再是掌握某个知识点，死记一些书本知识，更重要的是培养学生的实践创新能力，提高学生的自主学习能力，需要在自己学习的基础上进行创新性思维，实现再创造，这就需要教师的正确引导。同样在智能材料与结构这门课程中，对土木工程类研究生的教学，需要通过师生

互动形式展开，在课堂上进行课堂互动，让研究生体验从未知到新知的探索过程，将智能材料与结构系统的各个方面实行科普性的讲解，促成研究生学习的主动性，教师的基本职能从“授”转变为“导”，让教师真正成为学生学习的导师。在学习智能材料与结构这门课程中，江苏大学创新地采用多位教师讲授同一门课程的方式，针对所学内容。选择相关研究方向的专业课程教师来上这一章节内容。由于所选教师对研究方向的熟悉程度明显高于以往同一位任课教师，这无形中大大提高了课程的深度和广度，调动了学生学习的热情，拓展了研究生科研知识面。

（二）理论联系实际

智能材料与结构作为一门交叉性的课程，必须与实际相结合才能巩固学习，激发学生的兴趣。所以，在课程教学中，尽量多举土木工程中的实例来说明各智能材料与结构的工作原理，可以从学生感兴趣的结构和目前应用较广的智能材料来阐述，如智能蒙皮、结构监测和寿命预测、土木结构的减振与降噪、环境自适应结构以及住宅智能化等。将理论知识寓于工程应用背景中，效果显著。如在课堂上会增加手工制作环节，采用层合空心板制作桥梁模型，采用硬币搭建省材工程结构，将智能材料的节能减排理念运用到结构设计中。

（三）板书与多媒体演示的结合

智能材料与结构课程信息量大，属于多学科交叉综合，不能完全采用板书教学，插入多媒体教学，可加快教学进程，提高教学效率，结合图案或声音，能大大提高学生的 学习兴趣和学习积极性。与传统的板书形式相比，多媒体教学信息量输入紧凑，文字图像信息清晰直观，风格多样，内容丰富，也能活跃课堂气氛，增进教学过程中的互动。但当讲解一些重要的力学基本原理时，也需要放慢讲课速度，通过板书的形式来讲解清楚，尤其是传感器与驱动器等智能元器件的工作原理解释。例如：在讲解形状记忆合金工作原理时，Ti-Ni合金的管接头处于低温状态时，套在需要连接的两根管子上，升温到Ti-Ni合金母相状态的室温，套管内径即可回复到原来的尺寸，从而把两根管子咬紧，完成管子的连接。采用一个版面的动画演示即非常形象直观地向学生解释清楚，可以从中插入大量的工程应用实例图片和录像，调动课堂气氛。同时，在课堂教学中，增加与学生之间的互动，针对不同研究方向的研究生，选择性地

讲解智能材料与结构的运用问题，从而不断提高学生的学习兴趣。因此，在课程教学中板书与多媒体教学相结合更有助于土木工程专业研究生掌握智能材料与结构的相关概念，加深学生印象，提高学习效率。

（四）实践能力的培养

以智能材料与结构课程中搭建土木工程结构超声无损检测平台实验为例，采用预埋损伤的标准试块进行结构检测（4学时+课余时间），构建一个自动监测、自动控制的桥梁监测系统模型，可将形状记忆合金、磁流变材料及无线传感理念融入其中，学生分组进行，最后分组比较创新性（4学时+课余时间），电测应变测量及应力计算（2学时）。

通过搭建实验，进一步锻炼学生的动手能力，训练学生的研究方法，培养学生分析和解决问题的能力。在实验课堂上，让部分土木工程专业优秀本科生参与其中，学生通过实践训练把所学知识应用于解决科研问题。

三、成绩评定

智能材料与结构课程共设30学时，其中实验10学时，需要预修压电测量学。课程教学分为课堂教学、研讨、实验三部分，考核方式采用笔试（闭卷）+平时成绩+实验成绩，实验成绩通过三部分的实验总结报告及学生答辩综合评定。其中考试成绩占70%，平时成绩占10%，实验成绩占20%。通过智能材料与结构课程三部分的考核与过程管理，既考核了学生的专业基础知识掌握情况，又考核了动手操作能力，更培养了学生的创新意识，开拓了视野。

四、结语

智能材料与结构课程列举了很多实用性和工程性强的实例，融入了最新的科研成果，是一门理论与实验相结合的课程。因此，该领域为广泛新兴行业产业的快速引进和应用提供了巨大的潜力。通过本课程的学习，研究生将了解智能材料结构在土木工程领域的最新动态和进展，为后续相关课程的学习及科研打好基础。通过智能材料与结构课程在土木研究生教学中的实践与探索，为土木工程专业研究生创新能力的培养提供了指导。参考文献：

[1] 杨大智。 智能材料与智能系统[M].天津：天津大学出版社， 2000.

智能材料3

关键词：幼儿教育； 益智区； 材料投放

中图分类号：G610 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2013）04-109-001

一、课题提出的背景

幼儿园与学校有所不同，它面临的是3—6岁的幼儿，因此每天除了教育活动、集体活动以外，孩子们还应该有充分的自由活动时间，活动区的设置就极大的解决了这一需求。

幼儿园区域活动是指教师有目的、有计划地提供一些合适的活动场地、多元化的活动材料、情境化的游戏形式，我们决定把“小班益智区操作材料投放的实践研究”作为研究课题，着力于探讨区角材料怎样有效地投放，才能更大的发挥其教育功能。

二、课题的内涵

益智区是指可供幼儿活动操作，着力于让幼儿在动手动脑中获得知识，开发智力的活动区角，其材料具有最大程度地开发幼儿智力，发展创造潜能的特点。

益智区材料的投放应便于幼儿操作，便于幼儿开展自主性的探索活动，必须蕴含要求幼儿探索解决的问题。

三、研究内容的具体操作

1.小班益智区现状研究

区域活动是小班中一个比较重要的活动之一，幼儿能在活动中学到怎样与同伴交往、合作，怎样与人交流。在准备阶段中，我们通过大量的观察和测试发现，在益智区这一区角的材料投放确实存在着许多问题。主要有以下几点：（1）益智区里操作材料比较单一。（2）幼儿自己动手组装、展开想象的材料不多。（3）缺乏系统性、层次性。

因此，我们对如何在小班益智区投放材料做了一次实践研究，目的就是最大程度的发挥益智区材料的教育功能，提高其教育价值，从而促进幼儿创造力、想象力的开发。

2.操作方法

在研究中我们总体上采用从实际出发的行动研究法，在益智区内按计划投放各种材料，然后进行调查、观察及个案分析，看材料的投放数量、色彩、大小、难易等是否适中，对幼儿的创新有没有影响，幼儿对所投放的材料是否感兴趣等，然后再不断地进行调整、充实和完善。

3.具体操作

区域活动材料的情境性。我们在创设多种材料组合的情境时要满足孩子的多种需求。在投放材料时就要以幼儿的生活经验为基础，强调材料的可操作性，使材料适应幼儿的特点和需要，让幼儿能主动地和材料互动起来。

材料的提供要有趣味性，激发幼儿的兴趣。区域活动是小班活动中一个比较重要的活动之一。区域活动的教育功能主要通过材料来表现。在提供材料前，教师一定要事先了解幼儿的生活经验与兴趣，根据幼儿的兴趣投放材料。

在益智区幼儿对拼图游戏比较感兴趣。我们在材料的投放上逐步适应幼儿的发展需要，给幼儿提供了拼板，让他们自己充分的想象，自由的发挥来进行创作。主要有以下几种形式：图像组合拼图游戏；拼板游戏；几何图形拼图游戏。

投放的材料要新颖，颜色鲜艳。针对小班幼儿的年龄特点，在选取材料时，要首先形状有趣的，从外形上先对他们产生吸引力。另外，材料的颜色也会对幼儿产生一定的影响，幼儿往往会喜欢一些较为鲜艳的颜色。

在投放材料时要紧扣活动目标，遵循知识内部的逻辑规律。“操作材料应暗含幼儿通过操作能够达到适宜的教育目标的内容”。在设计操作材料时，教师要从目标出发，把教育意图和要求融入材料中，充分挖掘材料的潜在价值，发挥其最大的功效。

提供的材料要丰富，做到一物多用。虽然丰富的操作材料能调动幼儿参与活动的积极性，但是丰富的材料并不是越多越好。操作材料不在于多，而在于能否配合恰当，充分发挥其效益。

循序渐进、由易到难，投放不同层次的材料。在区域活动中，幼儿活动的对象是材料，要想激发幼儿学习的主动性，让他们在愉快的环境中主动观察，发现问题，独立思考，并解决问题，就需要投放那些适应幼儿的年龄特点、经验、能力和需要的材料。每种材料的不同，幼儿的操作方法也不同，幼儿在活动过程中所获得的知识经验也就不同。

①要有层次性。幼儿在完成了一种材料的排序后，可再更换不同层次的材料，满足幼儿不同的需要。②要符合幼儿年龄特点。年龄小的幼儿思维具体形象，注意力集中时间短，学习经验少。为他们设计的操作材料应形象具体，游戏性强，适合独立操作。

小班：2-3种即可；中班：3-6种；大班：6-10种。

在学习分类时，可参考如下：小班：一种特征为主，如颜色；中班：两种特征，如颜色、形状；大班：三维、思维特征，如颜色、形状、大小。

同时，根据幼儿的认知特点，在提供材料时要考虑适合每一阶段特点的材料，让幼儿在活动中积累有关经验，逐渐向下一阶段过渡。

对投放的材料要做到及时更换。我们发现班上孩子对“益智区”这一区角活动不太感兴趣时，通过对幼儿的调查、了解，有一半以上的幼儿认为益智区老是那几种东西，我都会了，不想再玩了。没有及时更换操作材料，致使我们的益智区逐渐变得只是一种摆设，很少有孩子去光顾。操作材料缺少经常性的变化，造成不能吸引幼儿主动地参与活动，从而阻碍了区域活动的深入开展。

四、结束语

经过一学期的不断实践，反复探索，根据我们平时的记录、统计，再不断的操作，已取得初步的成果。只有当材料与幼儿真正地互动起来，才能初步达到我们的预期目的，才有可能充分发挥材料的价值，才能实现区角活动的意义，从而使幼儿的潜能得到开发，调动幼儿的学习兴趣，体验其中的乐趣，能够做到“学中玩，玩中学”。

最后，我所要强调的就是，作为教师还要注意到幼儿生理、心理发展的特点，提供趣味性、可操作性、多功能性的材料。材料的投放直接影响着幼儿是否能主动参与操作。特别是益智区必须提供能反映该科学知识的直观形象的幼教玩具和具体事物，提供有趣的能激发幼儿探索欲望的材料，增强幼儿学习探索的兴趣。

有了现在的基础，我们会更加的坚定信念，一如既往地坚持下去，让我们的区角活动的价值得以充分地体现。

参考文献：

[1]李淑贤，姚伟。幼儿游戏理论与指导，东北师范大学出版社，1999

智能材料4

关键词：智能材料；绿色建材；应用

基于当前无论是电子技术、材料科学，还是自动控制手段都随着经济的发展得到了出人意料的提高，建筑及其所用的材料趋向于智能化更是越来越明朗化。在二十世纪九十年代“智能材料”就此产生，然而，智能材料所得出的构想来自于仿生，全面以研制出一种能够充分具有生物的各种功能的材料作为目的。其中，记忆、自修复能力、自感知以及自适应是智能材料的主要内容。智能材料与结构材料、功能材料之间是存在差异的，因为智能材料自身便可感受并取得外界的相关信息，并且根据该依据做出正确的解决或者指令，从而对自身状态进行调整以能够充分适应外界所产生的变化。此外，智能材料当前已然在绿色建材中饱受广泛应用。

一、智能材料的工作原理

通常而言，智能材料主要源于驱动材料、基本材料、敏感材料、其他材料和信息处理器而组织产生的。其中，驱动材料主要是指在所具有的条件下对相应的材料进行控制，主要有压电材料以及光纤材料等类型。基本材料主要是指围绕担承载轻质材料、高分子材料以及耐腐蚀性材料而进行的，从而充分表达了金属材料所具有的相关作用。敏感材料能够对传感任务起到承担的作用，然而在遇到环境产生变化时，能够通过敏感的感知能力对环境所发生的变化及时有所察觉，从而使得材料记忆因此得到更好的适应能力。而其他材料则是充分将导电材料与磁性材料结合到半导体材料中，并且在进行信息处理器的研究时，具有能够对传感器信号进行良好的处理功能。

二、绿色智能建筑材料的分类

通常而言，智能材料能够划分成多种类型，通常情况下能够根据功能的性质来进行划分，主要有光导纤维、压电以及电流变体等等类型。其中，根据来源可分为金属系智能材料、高分子智能材料以及无机非金属材料这三方面的类型。然而，按照材料模拟生物方面又可分为：1.智能传感材料，专门用于对各种热、电以及磁等信号进行相关的检测工作，从而能够感知并将所感知到了信息进行反馈的一个形式，在智能材料中是必不可少的一种材料。2.智能驱动材料，主要的作用是能够很好地将温度以及电场变化进行相应的分析，其中驱动材料最常用的就是机械的响应能力，因为它具有较强的记忆能力，并对相应的数据进行相关的统计。3.智能修筒牧希其主要作用是能够对材料实施结构再生以及恢复的能力，从而使得材料的使用能力得到充分提高。4.智能控制材料，主要是根据智能传感材料所反馈出来的信息进行相应的记忆、存储，并且还能对材料信息进行有效的修复。此外，还能对微型计算机进行智能控制，从而使得所潜在的问题能够得到很好的解决。

三、智能材料在绿色建材中的应用分析

（一）“智能皮”建筑材料

所谓“智能皮”建筑材料主要是指外在应用方面，然而这一方面在国外的研究做的非常透彻，不仅完成了基本的框架更是对此进行了拉伸以及沿用，换句话就是说将建筑外面充分制作成相似于一个气球的形状，起到节省空间的作用，同时在应用上采用高科技的照明以及新型信息的解决方式，能够充分对建筑的外在实施全面的创新。此外，智能建筑皮材料主要是根据采取气凝胶来作为绝热处理的，使得智能皮建筑材料在白天时能够起到吸热的功能，而在晚上时能够进行放热的功能，同时还可以进行蓄电的能力，也就是收集阳关的热能在需要时起到能够提供供电的功能。

（二）智能玻璃墙

智能玻璃在建筑的外墙中起到技术处理的作用，采取这样的方式能够很好的将光污染现象尽可能的降到最低，并且还能够对室内卫生的质量进行相关的处理，使得室内卫生能够达到很好的效果，其中，最主要的功能就是建筑整体通风以及空调系统自动控制能力能够在很大程度上进行较好的处理，然而充分采取传统的技术方法对建筑墙体进行相关的创新等主要是其核心技术来进行，从而使得建筑采光能够得到有效的提高。

（三）智能板材

模克隆多层紫外线防护IQ-Relex板材是一种相对而言比较新型的建筑材料，它是来自于德国拜耳材料科技集团所研制出来的，能够在骄阳似火的夏季中将太阳所折射出的紫外线进行反射，使得室内的温度得到降低。然而在天寒地冻的冬季中则起到吸收阳关温度的功能，从而利用阳光的温度提供温暖。这样的智能板材不仅具有质轻、坚固以及耐腐蚀性好的作用，同时还具有易加工等优点，与一般所使用的板材相比能够在很大程度上降低辐射，对于建筑墙面与顶棚而言是非常好的材料。

（四）智能涂料

基于涂料材料的功能性已然越来越强，智能材料在生态住宅中起到重要的作用是必然的趋势。通常而言冬季都是属于比较寒冷的天气，这时冬季只有充分使用轻质热敏型涂料能够使得室内的颜色由夏季的浅色在进入到冬季时转换成深色系，为冬季提供所需的温暖。智能涂料在白天时具有吸收能量的功能，在进入到夜晚时具有能够采取电流的形式充分将热能进行释放。此外，智能涂料还具有可以健康卫生的功能，涂料中所含有的抗菌聚起到杀死细菌的效果，同时，涂料中具有吸收性能的能够起到消除烟味、异味的功效以保证室内卫生得到健康保障。

四、结论

总而言之，智能材料本就是具有仿真生命系统的一种材料，能够利用自身所具备的感知能力进行相关数据、信息的分析，并且能够对材料进行自身反馈的一种机制，将材料充分应用到实际中能够在很大程度上完善建筑的整体质量，使得设计的建筑的美感以及高科技感得到很好的诠释。智能化产品不仅在现代绿色建筑开发以及应用中起到举足轻重的作用，甚至在各个领域中其作用更是不容小觑的。建筑也是象征着国家、人们的经济能力、生活水平的体现，因此，全面发展智能化绿色建筑材料能够在很大程度上满足国家、人们对高品质生活水平的追求。

参考文献：

[1]黄静晗，肖卓，瓦晓燕。智能材料及其在绿色建材中的应用[J].建材发展导向。2015（16）：39-40

[2]李诚诚。浅谈绿色建材在建筑节能中的应用[J].居业。2016（03）：23-24