人工智能材料是什么？ 光线智能材料？

人工智能材料是什么？

智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。

光线智能材料？

智能材料是指能感知环境条件并做出相应“反应”的材料，其行为与生命体的智能反应有些类似，1989年日本的高木俊宜提出了这一概念。日常生活中常见的变色镜片就是用智能材料制成的，它可以根据太阳光线的强弱做出反应，表现出明暗的变化。

无需光照和通电，用指尖轻触就能发光的智能材料你见过吗？这样的“黑科技”已经被科学家们研究出来了。昨天从深圳大学获悉：深大物理与光电工程学院助理教授彭登峰博士与香港城市大学、香港理工大学团队合作，在国际著名期刊Advanced Materials发表了应力发光智能材料的最新研究结果，引起了业界的普遍关注。

据了解，该成果不仅被Advanced Materials杂志选作封底（Back Cover）文章，同时还以Video Abstract 的视频形式进行亮点报道。

在研究中，彭登峰博士与香港城市大学王锋副教授团队及香港理工大学助理教授黄勃龙博士合作，在稀土有效掺杂多色应力发光智能材料研究领域取得了重要进展，成功实现了一系列包括铽（Tb）等10种三价稀土离子成功掺杂单一压电半导体基质的应力发光，目前光谱范围已涵盖紫外到红外区域。发光智能材料转变为光敏材料，而光敏材料是可以随外界光辐射的变化而明显改变的敏感材料。

该类智能发光材料在应力的作用下极为敏感，约10N的指尖按压力作用下，发光便能达到肉眼清晰可见的亮度。研究采用类似的实验手段，还实现了二价过渡族金属离子掺杂发光的优化。同时，基于此研究中的“力-光”智能转换材料，彭登峰博士等人制备出基于“力-光”能量转换的光信息编码原型器件，该器件或能在信息安全编码和应力记录及存储领域中得到重要应用。转换发光效应可以吸收两个或多个低能量光子而发射出较高能量光子，从而可为很多领域实现光频率转换。

智能材料是什么？

智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。

一般说来，智能材料在电子产业的应用有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。

智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。

因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。

但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。

这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。

在建筑方面，科学家正集中力量研制使桥梁、高大的建筑设施以及地下管道等能自诊其“健康”状况，并智能材料能自行“医治疾病”的材料。

英国科学家已开发出了两种“自愈合”纤维。

这两种纤维能分别感知混凝土中的裂纹和钢筋的腐蚀，并能自动粘合混凝土的裂纹或阻止钢筋的腐蚀。

粘合裂纹的纤维是用玻璃丝和聚丙烯制成的多孔状中空纤维，将其掺入混凝土中后，在混凝土过度挠曲时，它会被撕裂，从而释放出一些化学物质，来充填和粘合混凝土中的裂缝。

防腐蚀纤维则被包在钢筋周围。

当钢筋周围的酸度达到一定值时，纤维的涂层就会溶解，从纤维中释放出能阻止混凝土中的钢筋被腐蚀的物质。

在飞机制造方面，科学家正在研制具有如下功能的智能材料：当飞机在飞行中遇到涡流或猛烈的逆风时，机翼中的智能材料能迅速变形，并带动机翼改变形状，从而消除涡流或逆风的影响，使飞机仍能平稳地飞行。

可进行损伤评估和寿命预测的飞机自诊断监测系统。

该系统可自行判断突然的结构损伤和累积损伤，根据飞行经历和损伤数据预计飞机结构的寿命，从而在保证安全的情况下，大大减少停飞检修次数和常规维护费用，使商业飞机能获得可观的经济效益。

此外，还有人设想用智能材料制成涂料，涂在机身和机翼上，当机身或机翼内出现应力时，涂料会改变颜色，以此警告。

在医疗方面，智能材料和结构可用来制造无需马达控制并有触觉响应的假肢。

这些假肢可模仿人体肌肉的平滑运动，利用其可控的形状回复作用力，灵巧地抓起易碎物体，如盛满水的纸杯等。

药物自动投放系统也是智能材料一显身手的领地。

日本推出了一种能根据血液中的葡萄糖浓度而扩张和收缩的聚合物。

葡萄糖浓度低时，聚合物条带会缩成小球，葡萄糖浓度高时，小球会伸展成带。

借助于这一特性，这种聚合物可制成人造胰细胞。

将用这种聚合物包封的胰岛素小球，注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模拟胰细应用在人体中胞工作。

血液中的血糖浓度高时，小球释放出胰岛素，血糖浓度低时，胰岛素被密封。

这样，病人血糖浓度就会始终保持在正常的水平上。

军事方面，在航空航天器蒙皮中植入能探测激光、核辐射等多种传感器的智能蒙皮，可用于对敌方威胁进行监视和预警。

美国正在为未来的弹道导弹监视和预警卫星研究在复合材料蒙皮中植入核爆光纤传感器、X射线光纤探测器等多种智能蒙皮。

这种智能蒙皮将安装在天基防御系统平台表面，对敌方威胁进行实时监视和预警，提高武器平台抵御破坏的能力。

智能材料还能降低军用系统噪声。

美国军方发明出一种可涂在潜艇上的智能材料，它可使潜艇噪声降低60分贝，并使潜艇探测目标的时间缩短100倍。

除上述几个方面外，智能材料的再一个重要进展标志就是形状记忆合金，或称记忆合金。

这种合金在一定温度下成形后，能记住自己的形状。

当温度降到一定值（相变温度）以下时，它的形状会发生变化；

当温形状记忆合金度再升高到相变温度以上时，它又会自动恢复原来的形状。

目前记忆合金的基础研究和应用研究已比较成熟。

一些国家用记忆合金制成了卫星用自展天线。

在稍高的温度下焊接成一定形状后，在室温下将其折叠，装在卫星上发射。

卫星上天后，由于受到强的日光照射，温度会升高，天线自动展开。

除此之外，还有人用记忆合金制成了窗户自动开闭器。

当温度升至一定程度后窗户自动打开，温度下降时自动关闭。

用记忆合金作支撑架的乳罩也很有特色，乳罩在水中可以任意揉搓清洗，但当它被戴到身上时会自动保持自己的形状，并能根据穿着者体形的变化在一定范围内变化。

什么材料让我们变得更智能？

人类始终走在发明和创新的道路上，新材料的发明极大地影响了产品及其制造过程的未来。硬如岩石的涂层、永远不会变干的材料、可编程水泥、让皱纹消失的材料、仿生塑料……这些新材料将为我们生活带来新奇和变化。

01坚如岩石的涂层

突破性：为工业钻头和刀具专门设计的铁基非晶合金涂层，涂层成本远远低于碳化钨钴硬质合金等常规材料，其较长的使用寿命提高了工具的效率。

应用领域：工业、制造、建筑等。

02 永远不会变干的材料

突破性：由聚合物和水制成的材料，可导电且不会变干。

应用领域：可以用于制作人造皮肤以及具有仿生功能的柔性机器人。

03 可编程水泥

突破性：将水泥颗粒(混凝土中的一种成分)“编程”成使其更坚固的形状。这也产生了具有较少多孔性和更耐水和耐化学性的混凝土颗粒，这不仅防止了化学和水吸收造成的损害，而且对环境的危害较小。

应用领域：建筑、工业。

04 让皱纹消失。

突破性：将这种细腻而柔滑的聚合物涂在皮肤上，能够瞬间拉紧皮肤、消除下垂，在不知不觉间让皱纹消失。

应用领域：在护肤品开发和皮肤病治疗方面具有良好应用前景。

05 无限可回收的塑料

突破性：可以无限期地回收利用，同时保持塑料的性能。

应用领域：现有塑料的替代品。

06 人造蜘蛛丝

突破性：细菌被喂食糖、盐和其他微量营养素以产生丝蛋白质，然后将这种蛋白质变成细粉末，制成纤维、复合材料等。

应用领域：纺织材料、医疗和飞机船舶制造等领域。

07 仿生塑料

突破性：该材料是从丢弃的虾壳中提取的壳质和来源于蚕丝的丝素蛋白组成，复制了昆虫表皮的强度、耐久性和多功能性。

应用领域：可用于制造迅速降解的垃圾袋、包装材料和尿布。作为一种特别坚固的生物相容性材料，它也可用于缝合承受高负荷的伤口，例如疝修补或作为组织再生的支架。

08 木材海绵

突破性：经化学品处理，剥离半纤维素和木质素而成的木材海绵，可以从水中吸附油脂，吸油量可达到其自身重量的16-46倍，可重复使用多达10次。这种新型海绵在容量、质量和可重复使用性方面超越了现有的所有其他海绵或吸附剂。

应用领域：石油和化学品泄漏对世界各地的水体造成了前所未有的破坏，木材海绵作为绿色材料能够有效解决这个问题。

09 高强生物材料

突破性：该材料由源自木材和植物体的纤维素纳米纤维制成，最终结构的拉伸模量为86GPa，拉伸强度为1.57GPa，比蜘蛛丝强度高8倍，而且可生物降解。

应用领域：用作塑料和其他不可降解物体的绝佳替代品。

10 自修复(愈合)材料

突破性：自修复材料是一种可以感受外界环境的变化，集感知、驱动和信息处理于一体，通过模拟生物体损伤自修复的机理，在材料受损时能够进行自我修复的智能材料。

应用领域：军用装备、电子产品、汽车、飞机、建筑材料等领域。

主要研究机构(公司)：麻省理工学院、美国伊利诺伊大学、米其林、日本国家材料科学研究所(NIMS)、横滨国立大学、东京大学

11 铂金合金

突破性：该合金由10%的金和90%的铂制成，所得材料的耐磨性比高强钢高100倍。与大自然中的钻石、蓝宝石等材料处于同一级别，是迄今为止最强的合金。

应用领域：可用于制造新型发电系统、发动机和其他设备。

12 微晶格

突破性：微晶格材料是目前世界上质量最轻的金属结构组合，在外形上它呈三维开放蜂窝聚合物结构。这种材料的密度是0.9mg/cm3，比泡沫轻100倍。

应用领域：航空新材料，波音公司计划采用该成果制造更轻、更省油的飞机。

13 分子强力胶

突破性：从化浓性链球菌侵入细胞后释放出的蛋白获得灵感，这种蛋白分为二部分，但当它们再相遇时会像胶一样结合在一起；由这两部分蛋白组成的胶，称为分子强力胶(molecular superglue)。这种胶的粘结强度高；耐高低温性好，同时能够承受酸和其它恶劣环境，并能很快密封。

应用领域：可用作癌症的诊断手段；分子强力胶可粘结金属、塑料及其它物质，解决了现有各种涂料都与金属粘附不强的问题。

14 超薄铂

突破性：一种快速、廉价地沉积铂超薄层的新方法，可减少燃料电池催化剂的贵金属用量，从而大大降低其成本。

应用领域：氢燃料电池。

15 Karta-Pack(棉纤维)

突破性：100%的回收材料，来自废弃的牛仔裤和T恤，兼具棉的质感和塑料的刚性。

应用领域：高端包装、家具设计等。

16 石墨烯气凝胶

突破性：坚固有弹性且质轻，可以吸收高达自身重量900倍的油脂。石墨烯气凝胶密度0.16mg/cm3，比氦气轻，仅为氢气密度的两倍。

应用领域：清理海洋石油泄漏，或作为一种非常有效的保温材料。

17 可阻挡阳光的玻璃涂层

突破性：该涂料可以自行调节玻璃的透明度，当环境温度高于67ºC以上时，透明涂层将变成具有金属光泽的反射层。

应用领域：建筑、交通运输等。

18柔性电池

突破性：该柔性电池由纤维纺制而成，弯曲性能好，可以在不影响其性能的情况下弯曲几千次。

应用领域：是未来智能服装、电子纺织品、可穿戴设备以及可变形移动设备的完美选择。

19 生物质来源的可生物降解的纺织品

突破性：利用藻类、细菌、真菌、酵母等活体生物制造可生物降解的纺织品，创造环境友好材料，将服装行业从浪费和污染中解脱出来。

应用领域：服装、纺织。

20 真菌泡沫

突破性：由植物秸秆、水稻和小麦壳等农作物废料与蘑菇的根部粘结在一起制成的菌丝体。

应用领域：用作汽车保险杠、门、顶盖、发动机舱、汽车行李箱衬层、仪表盘以及座位的石油基塑料泡沫替换物。其他潜在用途包括桌面、冲浪板和服装。

传感器是智能材料吗？

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。

通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。