第11章機敏材料與智能材料

第十一章

機敏材料和智能材料

11.1機敏材料和智能材料的概念

智能材料是指對環(huán)境可感知、響應和處理后，能適應環(huán)境的材料。它是一種融材料技術和信息技術于一體的新概念功能材料。智能材料應同時具備傳感(sensing)、處理(processing)和執(zhí)行(actuation)三種基本功能。（1）傳感功能。首先是對所處環(huán)境條件及其變化的感知，環(huán)境條件包括力、光、電、聲、磁、熱等物理、化學和生物條件。其次是把環(huán)境條件及其變化轉化為某種訊號傳導給處理器。（2）處理功能。包括信息積累、識別、比較、診斷、綜合、判斷和作出相應的反應，然后把反應轉化為指令，傳達給執(zhí)行器。（3）執(zhí)行功能。包括報警、自檢測、自診斷、自監(jiān)控、自校正、自適應、自分解、自增殖、自修復、自凈化、自愈合和自學習等。

機敏材料的英文原名為smartmaterial。對機敏材料也沒有統(tǒng)一的定義。有人認為機敏材料就是智能材料，兩者之間并無區(qū)別，只是名稱不同。有人認為機敏材料只有傳感和執(zhí)行兩種基本功能，比智能材料少一個處理功能。因而，從聰明程度來看，智能材料比機敏材料至少高出一個數量級，機敏材料是一種較低階段的智能材料，所以一般把機敏材料和智能材料統(tǒng)稱為智能材料。

理論上講，智能材料可以從宏觀到微觀各種層次上來實現。宏觀層次上，單一的一種材料很難同時具備傳感、處理和執(zhí)行三種基本功能。往往要把幾種材料、元件或結構組合在一起構成一個結構或系統(tǒng)才能同時具備上述的三種基本功能。這種結構或系統(tǒng)稱為智能結構或系統(tǒng)，它是由多種結構材料（結構）、功能材料（元件或結構）所構成。在微觀層次上如在分子、原子水平上，則有可能在一種材料中實現上述三種基本功能。這種材料才符合智能材料的定義。智能材料的基本功能隨著研究的進展正在逐步豐富和發(fā)展，它的智能也從低級（如機敏材料）發(fā)展到比較高級（如仿生智能材料），最終可能發(fā)展到具有類似人類的部分智能。

研究智能材料最早的國家是美國和日本。隨后英、意、澳等也開展了智能材料的研究。我國對智能材料的研究也很重視，從1991年起就把智能材料列為國家自然科學基金和國家863計劃的研究項目，并已取得了相當的進展。宏觀智能材料往往由結構材料和具有傳感、處理或執(zhí)行功能的功能材料構成。本章介紹幾種以前各章未講到的有傳感或執(zhí)行功能的材料，即形狀記憶材料、電流變流體、機敏窗口、刺激響應型高聚物和高分子人工肌肉材料。有的文獻把這些材料也稱為智能材料，這不太確切。智能材料第一節(jié)智能材料基本原理1、什么是智能材料2、智能材料的特征3、智能材料的構成4、智能材料的分類

智能材料是二十世紀90年代迅速發(fā)展起來的一類新型復合材料，將在21世紀得到廣泛研究和應用的材料。

智能材料：是指具有感知環(huán)境（包括內環(huán)境和外環(huán)境）刺激，對之進行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進行適度響應的具有智能特征材料。

1、什么是智能材料？目前，已經實用化的智能材料包括：形狀記憶合金材料，如鎳—鈦材料，可用來制作汽車易損件、人造衛(wèi)星的天線等；電致、磁致變性材料等的應用具體來說，智能材料需具備以下內涵：

(1)具有感知功能，能夠檢測并且可以識別外界(或者內部)的刺激強度，如電、光、熱、應力、應變、化學、核輻射等；

智能材料的構想來源于仿生學，它的目標就是想研制出一種材料，使它成為具有類似于生物的各種功能的“活”的材料。因此智能材料必須具備感知、驅動和控制這三個基本要素。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(tǒng)。

智能材料的設計、制造、加工和性能結構特征均涉及到了材料學的最前沿領域，使智能材料代表了材料科學的最活躍方面和最先進的發(fā)展方向。

智能材料應用的簡單事例：某些太陽鏡的鏡片當中含有智能材料，這種智能材料能感知周圍的光，并能夠對光的強弱進行判斷，當光強時，它就變暗，當光弱時，它就會變的透明。2、智能材料的特征因為設計智能材料的兩個指導思想：是材料的多功能復合和材料的仿生設計。智能材料系統(tǒng)具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：傳感功能（Sensor）

能夠感知外界或自身所處的環(huán)境條件，如負載、應力、應變、振動、熱、光、電、磁、化學、核輻射等的強度及其變化。(2)反饋功能（Feedback）可通過傳感網絡，對系統(tǒng)輸入與輸出信息進行對比，并將其結果提供給控制系統(tǒng)。(3)信息識別與積累功能能夠識別傳感網絡得到的各類信息并將其積累起來。(4)響應功能

能夠根據外界環(huán)境和內部條件變化，適時動態(tài)地作出相應的反應，并采取必要行動。(5)自診斷能力（Self-diagnosis）

能通過分析比較系統(tǒng)目前的狀況與過去的情況，對諸如系統(tǒng)故障與判斷失誤等問題進行自診斷并予以校正。（6）自修復能力（Self-recovery）

能通過自繁殖、自生長、原位復合等再生機制，來修補某些局部損傷或破壞。（7）自調節(jié)能力（Self-adjusting）對不斷變化的外部環(huán)境和條件，能及時地自動調整自身結構和功能，并相應地改變自己的狀態(tài)和行為，從而使材料系統(tǒng)始終以一種優(yōu)化方式對外界變化作出恰如其分的響應。3、智能材料的構成

一般來說智能材料由基體材料、敏感材料、驅動材料和信息處理器四部分構成。（1）基體材料

基體材料擔負著承載的作用，一般宜選用輕質材料。一般基體材料首選高分子材料，因為其重量輕、耐腐蝕，尤其具有粘彈性的非線性特征。其次也可選用金屬材料，以輕質有色合金為主。（2）敏感材料

敏感材料擔負著傳感的任務，其主要作用是感知環(huán)境變化（包括壓力、應力、溫度、電磁場、pH值等）。常用敏感材料:如形狀記憶材料、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）驅動材料

因為在一定條件下，驅動材料可產生較大的應變和應力，所以它擔負著響應和控制的任務。常用有效驅動材料如形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等?？梢钥闯?，這些材料既是驅動材料又是敏感材料，顯然起到了身兼二職的作用，這也是智能材料設計時可采用的一種思路。（4）其它功能材料

包括導電材料、磁性材料、光纖和半導體材料等。4、智能材料的分類

智能材料是繼天然材料、人造材料、精細材料之后的第四代功能材料。

因為現在可用于智能材料的材料種類不斷擴大，所以智能材料的分類也只能是粗淺的，分類方法有多種。若按智能材料的功能來分，可以分為光導纖維、形狀記憶合金、壓電、電流變體和電（磁）致伸縮材料等。若按智能材料的化學成分來分，可以分為金屬系智能材料、無機非金屬系智能材料和高分子系智能材料。目前研究開發(fā)的金屬系智能材料主要有形狀記憶合金和形狀記憶復合材料兩大類；

無機非金屬系智能材料：在電流變體、壓電陶瓷、光致變色和電致變色材料等方面發(fā)展較快；常用的智能材料1、形狀記憶合金

一般金屬材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，達到屈服點，就產生塑性變形，應力消除后留下永久變形。但有些材料，在發(fā)生了塑性變形后，經過合適的熱過程，能夠回復到變形前的形狀，這種現象叫做形狀記憶效應（SME）。

形狀記憶材料兼有傳感和驅動的雙重功能，可以實現控制系統(tǒng)的微型化和智能化，如機器人、毫米級超微型機械手等。21世紀將成為材料電子學的時代。形狀記憶合金的機器人的動作，除了溫度外，不受任何環(huán)境條件的影響，可望在反應堆、加速器、太空實驗室等高技術領域大顯身手。2、電流變體和磁流變體

電致、磁致變體智能材料大多是由合成材料或陶瓷材料制成的，具有在電場或磁場的作用下發(fā)生變性的能力，其變化的大小與電場和磁場的強度有關?？茖W家研制成功一種電致變性材料，這種材料在接通電流時，可以從液體變?yōu)榻咏腆w。

電流變體：

1947年，一個叫溫斯洛的美國人發(fā)現了一個奇怪的現象。他把石膏、石灰和炭粉加在橄欖油中，然后加水攪成一種懸浮液，想看看這種懸浮液能不能導電。結果：這種懸浮液沒有加上電場時，可以像水或油一樣自由地流動；可是一加上電場，自由流動的液體變成固體，而且隨著電場強度的增加，固體的強度也在增加。當撤消電場時，它又能立即由固體變回液體。

由于這種懸浮液可以用電場來控制，因此科學家們就把它叫做“電流變體”，并把這種現象稱為“溫斯洛現象”。軟體遙控器：采用了軟體的設計，看上去就像是癱死在那里一樣。不過一旦遙控器啟動，它就會變得堅硬起來，就像是復活了一樣。不僅如此，啟動后，遙控器內還會發(fā)出光亮，非常漂亮。

如果向空心復合梁中充入電流變性液體材料，在外電場的作用下，這種液體材料就會變硬，從而使梁變成僵硬狀。電致變性材料還可以用作在地震時能自動加固建筑物的基礎。3、磁致伸縮材料

目前磁致伸縮智能材料的主流是稀土磁致伸縮材料，稀土超磁致伸縮材料是近期才發(fā)展起來的一種新型功能材料。

物質有熱脹冷縮的現象。除了加熱外，磁場和電場也會導致物體尺寸的伸長或縮短發(fā)現物質的磁致伸縮效應后，人們就一直想利用這一物理效應來制造有用的功能器件與設備。研究和發(fā)展了一系列磁致伸縮材料，主要有三大類：即：磁致伸縮的金屬與合金，如鎳基合金（Ni，Ni－Co合金，Ni－Co－Cr合金）和鐵基合金（如Fe－Ni合金，Fe－Al合金，Fe－Co－V合金等）和鐵氧體磁致伸縮材料。稀土超磁致伸縮材料磁致伸縮：指的是對軟磁體進行磁化后，其形狀、大小會發(fā)生變化的物理現象。磁致伸縮現象具有各向異性。當長度為l的磁性材料在磁化方向上的長度變化為ΔL時，磁致伸縮率可表示為：λ=ΔL/l。由于磁致伸縮率一般在10-5以下，所以對磁致伸縮效應的應用遠不如對壓電效應的應用廣泛。到20世紀60、70年代后，發(fā)現了伸縮率在10-3的超磁致伸縮材料。磁致伸縮效應才重新受到重視。磁致伸縮材料在電磁場的作用下可以產生微變形或聲能，也可以將微變形或聲能轉化為電磁能。

聲波儀：發(fā)射機是一種聲源訊號的發(fā)射器，由它向電致材料（或磁制）制成的換能器輸送電脈沖，激勵換能器的晶片，使之振動而產生聲波，向巖體發(fā)射。聲波在巖體中以彈性波形式傳播，然后由接收換能器加以接收，該換能器將聲能轉換成電子訊號送到接收機，經放大后在接收機的示波管屏幕上顯示波形。若將接收機與微機連接，則可對聲波訊號進行數字處理。

磁致伸縮智能材料具有磁致伸縮值大、機械響應速度快等特點，在國防、航空航天和高技術領域應用極為廣泛。磁致伸縮智能材料的主要用途（1）由于稀土超大磁致伸縮材料比傳統(tǒng)材料在性能上有了驚人的提高，所以在電器、家電、通訊器材、電腦等生產領域，稀土磁致伸縮材料逐漸取代了傳統(tǒng)的磁致伸縮材料和電致伸縮材料，使產品升級和更新?lián)Q代更加容易。對于磁致伸縮智能材料的應用，目前，美國位居各國之首，其成功標志在于開發(fā)出了一系列用于軍事目的的尖端產品，如艦艇水下聲納探測系統(tǒng)以及導彈發(fā)射控制裝置等。我國對磁致伸縮智能材料新產品的開發(fā)也呈現出良好的發(fā)展勢頭。如開發(fā)出的大功率巖體聲波探測器，應用于三峽工程和地球物理勘探；開發(fā)出的井下物理法采油裝置；

光致變色玻璃

光致變色玻璃是一種能在光的激發(fā)下發(fā)生變色反應的玻璃。

含鹵化銀的堿鋁硼硅酸鹽光色玻璃受到紫外光和可見光照射時，氯化銀晶體分解為Ag和Cl原子，析出的銀原子團簇使玻璃顏色變深，從而阻止陽光的透過。發(fā)生的光化學反應如下：

式中，h1為短波激活光能；h2為長波光源光能；△為加熱退色效應。h1玻璃變色過程中，發(fā)生的光化學反應如下：

在沒有紫外線照射時，原來分解產生的銀和鹵素原子又重新結合恢復為無色的氯化銀AgCl，原于團簇解體，玻璃(鏡片)褪色。因此，變色眼鏡在陽光下變深，在室內則恢復透明。

若配料中加入少量敏化劑，就能顯著地提高敏感性，并增大光致變色的變暗能力。如加入Cu2O時，Cu+

是一種增感劑

Cu+在氯化銀晶體中作為空穴的捕獲中心，它的存在增加了光解銀原子Ag0的濃度，使玻璃的變暗靈敏度大大提高。h1

光致變色玻璃具有隨光的波長和強度的變化而自動調節(jié)光的透過率的自適應特性，因而被稱為光敏型智能玻璃，除用作變色眼鏡外，還用作汽車防護玻璃、航天器窗口、激光防護、以及裝飾等。

高分子智能材料：成分是水和一種聚合物的混合物,低溫下是透明的膠狀半流體,當天氣變曖時,它就變成白色,這一變化過程是可逆的.聚合物的一部分是油質成分,在低溫時油質成分把水分子以一種冰凍的方式聚集在這種聚合物纖維的周圍,就像"一件冰茄克衫",這種像繩子似的聚合物是成串排列起來的,呈透明狀,可以透過90%的光線.

當它被加熱時,這種聚合物分子就像"面條在沸水里"那樣翻滾,并拋棄它們的像冰似的"冰茄克衫",使聚合物纖維得以聚在一起,此時,"云膠"又從清澈透明變成為白色,可阻擋90%的光.這種變化可在兩三度溫差范圍內完成.

建筑物如果具有像這樣的"皮膚",就可以適應周圍的環(huán)境.當天氣寒冷時,它就變成透明的,讓陽光照射進來;當天氣暖和且必須把陽光擋住時,它就變得半透明.充滿云膠的多層玻璃,不僅可用作天花板,而且可用作墻壁.11.2形狀記憶材料一、形狀記憶材料的概念形狀記憶材料是指具有一定初始形狀的材料經形變并固定成另一種形狀后，通過熱、光、電等物理刺激或化學刺激的處理又可恢復成初始形狀的材料。二、形狀記憶合金形狀記憶合金：通過熱彈性與馬氏體相變及其反轉而具有形狀記憶效應的由兩種以上金屬元素所構成的材料。（一）形狀記憶合金的基本原理（二）形狀記憶合金的種類和發(fā)展（三）形狀記憶合金的應用三、形狀記憶高聚物形狀記憶高聚物是由固定相（硬相）和軟化－硬化可逆相（軟相）構成，通過可逆相的可逆變化而具有形狀記憶效應。（一）形狀記憶高聚物的基本原理（二）形狀記憶高聚物的種類（三）形狀記憶高聚物的應用一、形狀記憶效應二、形狀記憶效應的機理(Mechanism)三、相變超彈性(Pseudoelasticity)四、形狀記憶合金材料(SMAMaterials)

五、形狀記憶合金的應用(Applications)六、材料學方面的問題(Problems)形狀記憶合金形狀記憶效應:1961年美國海軍軍械實驗室首先研究了Ni-Ti合金的形狀記憶效應。在一次試驗中他們將試驗用彎曲的鎳-鈦合金絲拉直后升溫試驗時，發(fā)現已經被拉直的鎳-鈦合金絲突然又全部恢復到原來彎曲的形狀,而且和原來一模一樣,具有良好的形狀記憶效應。?合金的這種記憶效應是由合金的“相變化”來實現的，隨著溫度的改變，合金的結構從一相轉變到另一相。?記憶合金的開發(fā)迄今不過20余年，但由于其在各領域的特效應用，正廣為世人所矚目，被譽為"神奇的功能材料"。形狀記憶效應

形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現象稱為單程記憶效應。(1)單程記憶效應（2）雙程記憶效應

某些合金加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應。（3）全程記憶效應

加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤睿Q為全程記憶效應。三種記憶效應如下圖所示。

目前，已開發(fā)成功的形狀記憶合金有TiNi基形狀記憶合金、銅基形狀記憶合金、鐵基形狀記憶合金等。

鋼淬火變硬的現象圖11.1馬氏體相變晶體學模型f.c.c.b.c.c馬氏體相變二、形狀記憶效應的機理馬氏體相變平面示意圖馬氏體相變的基本特征無擴散切變型相變點陣不變平面應變固定取向關系馬氏體片內具有亞結構相變具有可逆性臨界轉變溫度?馬氏體相變與其他相變一樣，具有可逆性。當冷卻時，由高溫母相變?yōu)轳R氏體相，稱為冷卻相變，用Ms、Mf分別表示馬氏體相變開始與終了的溫度。?加熱時發(fā)生馬氏體逆變?yōu)槟赶嗟倪^程。該逆相變的起始和終止溫度分別用As與Af表示。馬氏體相變的一些臨界溫度?一般材料的相變溫度滯后（As-Ms）非常大，例如Fe-Ni合金約400℃。各個馬氏體片幾乎在瞬間就達到最終尺寸，一般不會隨溫度降低而再長大。?在記憶合金中，相變滯后程度小，例如Au-47.5%Cd（原子分數）合金的相變滯后僅為15℃。冷卻過程中形成的馬氏體會隨著溫度變化而繼續(xù)長大或收縮，母相與馬氏體相的界面隨之進行彈性式的推移。

形狀記憶效應與其組織變化有關，這種組織變化就是馬氏體相變。形狀記憶合金應具備以下三個條件：①馬氏體相變是熱彈性類型的；②馬氏體相變通過孿生(切變)完成，而不是通過滑移產生；③母相和馬氏體相均屬有序結構。

由母相中形成馬氏體時，產生一定的應變。顯然，不同取向的馬氏體變體的應變在母相中的方向是不同的。當某一變體在母相中形成時，產生某一方向的應變場，隨變體的長大，應變能不斷增加，變體的長大越來越困難。為降低應變能，在已形成的變體周圍會形成新的變體，新變體的應變方向與已形成的變體的應變場互相抵消或部分抵消。有均勻體積變化，無明顯形狀改變。馬氏體的自適應形成

對組織為自適應馬氏體的樣品施加外力時，在較小的應力作用下，馬氏體變體以其應變方向與外加應力相適應而再取向。

即變體的應變方向與外加應力方向最接近的變體通過吞并其它應變方向與外加應力不相適應的變體而長大，直至整個樣品內的各個不同取向的變體最終轉變成一個變體。樣品顯示出宏觀形狀的變化。卸去應力后，變形保持下來。

馬氏體的再取向

只有將其加熱到Af以上，由于熱彈性馬氏體在晶體學上可逆性，也就是在相變中形成的各個馬氏體變體和母相的特定位向的點陣存在嚴格的對應關系，因此逆相變時，只能回到原有的母相狀態(tài)，這樣也就回復到原狀。這就是形狀記憶的基本原理。由上述討論可知，具有形狀記憶效應的合金應具備如下條件：①馬氏體相變是熱彈性的；但只是必要條件②馬氏體點陣的不變切變?yōu)閷\變，亞結構為孿晶或位錯；⑦母相和馬氏體均為有序點陣結構；④相變時在晶體學上具有完全可逆性。?必須指出的是：近來開發(fā)的鐵系等少量合金通過非熱彈性馬氏體相變也可顯示形狀記憶效應，因此熱彈性馬氏體并不是具有形狀記憶效應的必要條件。?近年來，在陶瓷材料、高分子材料也發(fā)現了記憶效應。三、相變超彈性

馬氏體還可由應力誘發(fā)產生，在高于Ms的某一溫度（Md）以下對合金施加外力引起馬氏體相變所形成的馬氏體稱應力誘發(fā)馬氏體。應力去除后，變形馬氏體又變回該溫度下的穩(wěn)定母相，恢復母相原來形狀，應變消失,這種現象稱超彈或偽彈性?應力誘發(fā)馬氏體相變的合金的馬氏體數量為外加應力的函數，即當施加的外應力增加時，母相轉變成馬氏體相的數量增加，當應力減少時則進行逆相變使母相增多。?外應力對誘發(fā)相變的作用不僅與合金種類有關，而且受試驗溫度的影響。在Ms以上，某一定溫度以下，應力或形變會導致馬氏體的形成，將此溫度稱為Md溫度。

形狀記憶過程馬氏體自適應形（Ms

–Mf）宏觀均勻變形，無明顯形狀變化馬氏體再取向（Mf以下施加一定限度內的應力），有明顯形狀變化馬氏體逆轉變回母相，形狀變化消失施加應力馬氏體沿應力方向擇優(yōu)形成（Md以下），有明顯形狀變化卸除應力馬氏體逆轉變回母相（Af以上），形狀變化消失超彈性過程四、形狀記憶合金材料

已發(fā)現的形狀記憶合金種類很多，可以分為Ti-Ni系、銅系、鐵系合金三大類。目前已實用化的形狀記憶合金只有Ti-Ni系合金和銅系合金。1、Ni-Ti形狀記憶合金

基本特點：具有良好的力學性能，抗疲勞，耐磨損，抗腐蝕。記憶效應優(yōu)良、生物相容性好等一系列的優(yōu)點。但制造過程較復雜、價格高昂。

用極薄的記憶合金材料先在正常情況下按預定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團，裝進登月艙帶上天去。放到艙面上以后，在陽光照射下溫度升高，當達到轉變溫度時，天線又“記”起了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球形。

注意：實用成分的TiNi合金在固溶處理后，如果隨后的冷卻不夠快(如爐冷)，就會產生Ti2Ni和Ni3Ti這三個金屬間化合物，由于這兩種相不具有可逆性，因而破壞了形狀記憶效果。需要盡量避免該類相的產生?；鞠啵璗iNi相：?表征材料記憶性能的主要參數：包括記憶合金隨溫度變化所表現出的形狀回復程度，回復應力，使用中的疲勞壽命，也就是經歷一定熱循環(huán)或應力循環(huán)后記憶特性的衰減情況。此外，相變溫度及正、逆相變的溫度滯后更是關鍵參數。?影響記憶特性主要參數的因素有：合金的成分、成材工藝、熱處理(包括冷、熱加工)條件及其使用情況等。

1)成分：是最敏感因素之一：Ni含量每增加0.1％，相變溫度降低10℃。2)第三元素:Fe、Co可降低Ms；Cu置換Ni可減少相變滯后，節(jié)約合金成本；Nb使相變滯后明顯增加；開發(fā)的寬滯后記憶合金。3)雜質元素:碳、氫、氧等降低Ms。4)時效溫度、時效時間明顯影響相變溫度。(2)影響相變溫度的因素(3)合金制備

?由高純電介鎳與海綿鈦作原料，采用高頻感應爐與自耗爐(電弧熔煉法)或等離子體與電弧熔煉法獲得了TiNi合金鑄錠。?隨后在700~800℃進行熱加工，包括模鍛、擠壓及軋制。絲狀產品可通過冷拔，每次加工率小于20％，為消除加工硬化，冷加工期間可在700-800℃進行多次退火。五、形狀記憶合金的應用(Applications)

形狀記憶合金在工程上的應用很多，最早的應用就是作各種結構件，如緊固件、連接件、密封墊等。另外，也可以用于一些控制元件，如一些與溫度有關的傳感及自動控制。1.工業(yè)上的應用⑴連接件：用作連接件，是形狀記憶合金用量最大的一項用途。連接方法是預先將管接頭內徑做成比待接管外徑小4%，在Ms以下馬氏體非常軟，可將接頭擴張插入管子，在高于As的使用溫度下，接頭內徑將復原。(a)成型(T>Af)(b)彎曲應變(T<Mf)

(c)插入(T<Mf)

(d)加熱(T>Af工作溫度)

形狀記憶合金鉚接件鉚接示意圖

利用形狀記憶合金也可以制作成消防報警裝置及電器設備的保安裝置。當發(fā)生火災時，記憶合金制成的彈簧發(fā)生形變，啟動消防報警裝置，達到報警的目的。SMA火災報警器

在航天上，可用形狀記憶合金制作航天用天線，將合金在母相狀態(tài)下焊成拋物面形，在馬氏體狀態(tài)下壓成團，送上太空后,在陽光加熱下又恢復拋物面形。此外，超彈性合金作為機械儲能材料也很有前景。利用超彈性可制作手機天線、眼鏡架、胸衣托架、耳機托架等。用記憶合金制作的眼鏡架。當這種眼鏡架彎曲時，只要將它放入55。C的溫水中，即可恢復到原來的形狀。各種醫(yī)用引導絲和支架MedicalcatheterandStents六、材料學方面的問題形狀記憶合金在應用上還存在不少材料學方面的問題.⑴相變點調整：相變點與合金種類、成分及熱處理條件有關,尤其對成分非常敏感。如Ti-Ni合金Ni含量(at)由50%變到51%時，Ms點則由60℃變到-30℃，As點由78℃變到-12℃。對Ti-Ni合金可用不同相變點粉末混合,使相變點控制在±2℃之內。⑵淬透性：合金緩冷時大多要發(fā)生共析分解，需要提高淬透性,可通過合金化解決。如在Cu-Zn合金中加Al.11.3電流變流體一、電流變流體的概念在電場作用下，材料的流變性質發(fā)生變化，稱之為電場致流變效應，簡稱電流變效應。具有電流變效應的流體均可稱為電流變流體。電流變流體是指一種含有兩相或兩相以上的懸浮體，在外加電場作用下，能在極短時間內，其流變性能發(fā)生顯著變化，如表觀粘度和彈性模量劇增幾個數量級，由液體向固體轉變，這種轉變是可逆的，電場除去后，固體很快變回成液體。二、電流變效應的機理三、電流變流體的組成和種類四、電流變流體的應用前景11.4機敏窗口一、機敏窗口的概念電色窗口是一種利用電致變色原理，由基體玻璃和電致變色系統(tǒng)構成的一種窗口。這種窗口在外電場作用下，引起顏色的可逆變化，從而可調節(jié)其對光的吸收率、透過率和反射率三者的比例關系。因而是一種光、熱可調性窗口。由于具有調節(jié)執(zhí)行功能，又稱之為機敏窗口。二、機敏窗口的特征值和對它的要求三、機敏窗口的結構四、機敏窗口的調光和調熱原理五、電致變色層（一）無機電致變色材料（二）高聚物電致變色材料（三）復合型電致變色材料六、離子導體層七、離子儲存層八、透明導電層九、機敏窗口的制備方法十、機敏窗口的種類、發(fā)展方向和應用前景11.5刺激效應型高聚物一、刺激響應型高聚物的概念刺激響應型高聚物是一類對于外界環(huán)境微小物理或化學刺激能發(fā)生迅速響應，而使自身的某些物理或化學性質發(fā)生相應突變的聚合物。二、刺激響應水凝膠（一）高聚物水凝膠的溶脹機理（二）刺激響應水凝膠的種類三、其他刺激響應型高聚物（一）溫度響應高聚物（二）刺激響應高聚物水溶液（三）載體表面的刺激響應高聚物（四）刺激響應高聚物膜（五）刺激響應高聚物的應用11.6高分子人工肌肉材料一、高分子人工肌肉材料的概念天然肌肉的主要特征之一是將化學能等溫高效地直接轉變?yōu)闄C械能。高分子人工肌肉材料：具有天然肌肉將化學能等溫高效地直接轉變?yōu)闄C械能的特性的材料。(收縮性差距)二、高分子人工肌肉的特征值和對它的要求三、高分子人工肌肉的種類、發(fā)展動向和應用前景（一）MC型人工肌肉（二）EMC型人工肌肉11.