"умные" материалы иначе "интеллектуальные" материалы (англ. smart materials) — класс различных по химическому составу и агрегатному состоянию материалов, которые объединяет проявление одной или нескольких физических (оптических, магнитных, электрических, механических) или физико-химических (реологических и др.) характеристик, значительно (обратимо или необратимо) изменяющихся под влиянием внешних воздействий: давления, температуры, влажности, pH среды, электрического или магнитного поля и др.

Описание

«Умными» разнородные материалы этой группы делает проявление взаимозависимых, но различных по своей природе свойств (механических, электрических, магнитных и пр.), что позволяет использовать их как сенсоры, чувствительные к какому-либо внешнему воздействию, либо в качестве «актуаторов», вызывающих искусственно совершаемое действие при подаче контролирующего сигнала. И в том, и в другом случаях функция отклика на воздействие, как правило, является нелинейной. Некоторые из «умных» материалов могут самостоятельно реагировать на внешние воздействия, как, например, биметаллические пластины в простейших регуляторах температуры.

Наиболее часто к «умным» материалам относят пьезоэлектрики (альфа-кварц, титанат-цирконат свинца), выступающие в роли «сенсоров» или «актуаторов». В последнее время к ним же причисляют термоэлектрики, мультиферроики, магнитокалорические материалы, материалы с эффектом гигантского магнетосопротивления, магнитореологические, электрореологические жидкости, материалы, обладающие эффектом памяти формы (нитинол и др.), термо- и фоточувствительные полимеры. К «умным» материалам можно отнести полимерные гели, способные в сотни раз изменять свой объем (коллапс геля) при небольшом изменении внешних условий (температуры, состава растворителя, водородного показателя среды — pH). Различные полимерные покрытия, значительно изменяющие свои электропроводящие, оптические и другие свойства при сорбции определенных веществ, применяются в сенсорах приборов для мониторинга окружающей среды, в частности, для определения концентрации токсичных веществ.

Далеко не все «умные» материалы непосредственно относятся к категории наноматериалов, однако они часто находят применение в области нанотехнологий. Так, сегнетоэлектрики (пьезоэлектрики) используются для создания высокоточных позиционирующих устройств (в частности, для сканирующей зондовой микроскопии), в магнитореологических жидкостях применяются высокодисперсные магнитные частицы (наночастицы). Ряд наноустройств создан на базе пьезоэлектриков (нановесы, одномерные наноструктуры из титаната бария или оксида цинка, использующиеся для генерации электроэнергии и т. д.).

Иллюстрации

Рис. 1. Примеры «умных» материалов. Цитируется из материалов лекций по нанотехнологиям, ФН
Рис. 1. Примеры «умных» материалов. Цитируется из материалов лекций по нанотехнологиям, ФНМ МГУ, 2009.
Рис. 2. «Умные» преобразователи энергии высокочастотного излучения в тепло без контроля извне&nbs

Рис. 2. «Умные» преобразователи энергии высокочастотного излучения в тепло без контроля извне останавливают свой нагрев на определенном уровне, продолжая находиться в высокочастотном магнитном поле. Как правило, это связано с переходом материала преобразователя при определенной температуре из состояния ферромагнетика в парамагнетик (температура Кюри), который уже не нагревается в магнитном поле. На рисунке — динамика температуры суспензий, содержащих частицы различных магнитных материаловреобразователей, от времени их нахождения в магнитном поле. Прямая линия — температура суспензии, содержащей «обычный» преобразователь [5].


Авторы

  • Гудилин Евгений Алексеевич
  • Шляхтин Олег Александрович

Источники

  1. Нановолокна мультиферроика // Нанометр, 2008 URL: http://www.nanometer.ru/2008/05/14/nanostructure_52634.html (дата обращения 13.10.2009)
  2. Умная одежда зарядит батарейки // Нанометр, 2008 URL: http://www.nanometer.ru/2008/02/15/oksid_cinka_6002.html (дата обращения 13.10.2009)
  3. Наноазбука: атомно-силовая микроскопия // Нанометр, 2007 URL: http://www.nanometer.ru/2007/06/06/atomno_silovaa_mikroskopia_2609.html (дата обращения 13.10.2009)
  4. Официальный сайт журнала "Smart Materials and Structures" URL: http://www.iop.org/EJ/journal/SMS
  5. Kuznetsov A.A., Shlyakhtin O.A., Brusentsov N.A., Kuznetsov O.A.“Smart” Mediators For Self-Controlled Inductive Heating // European Cells and Materials - № 3. Suppl. 2, 2002 - pp. 75-77

Напишите нам