“智能材料”(又可称为“敏感材料”)是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激,对之进行分析、处理、判断,并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。具体而言,它具有感知功能,能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度,如电、光、热、应力、应变、PH值、振动、湿度等;能够快速、及时响应外界的变化,并按照设定的方式选择和控制响应,当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。以上这些特性满足了如今人们对传感器的要求,并克服了传统材料的局限性。
储能测试公司的传感器主要是硅材料,其次是锗、砷化镓、锑化铟、碲化铅、硫化镉等。主要用于制造力敏、热敏、光敏、磁敏、射线敏等传感器。
陶瓷传感器材料主要有氧化铁、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化铝、钛酸钡等,用于制造气敏、湿敏、热敏、红外敏、离子敏等传感器。
金属用作传感器的功能材料不如半导体和陶瓷材料广泛,主要用在机械传感器和电磁传感器中,用到的材料有铂、铜、铝、金、银、钴合金等。
有机材料用于传感器还处在开发阶段,主要用于力敏、湿度、气体、离子、有机分子等传感器,所用材料有高分子电解质、吸湿树脂、高分子膜、有机半导体聚咪唑、酶膜等。
通过听觉、视觉、触觉、控制、感应和交流等不同技术,使材料在复杂的医疗设备环境中发生改变,并与周围环境建立感知关系,从而获得传输数据。这听起来像是天方夜谭,但实际上,这已成为现实。
您是否想象得到每天晚上穿的睡衣可以监测您睡眠时的健康状态,甚至可以控制您的心跳和呼吸频率?
您是否能想象一个简单粘贴在身上的膏药贴可以监测患者的健康情况,并通过无线技术来传输患者的医疗参数?
事实是,它们真的实现了!
但是,这场技术革命成功的背后是什么呢?这种新型智能材料相较于传统材料而言,品质更好,且在温度、压力和振感方面的特性可以满足电流传感器的需求。
这类新型材料不仅可以捕获和中继信息,还能对周围环境的变化做出反应,并按照设定的方式选择和控制响应。从本质上来说,这些材料不仅智能,而且很活跃。
智能材料在传感器开发和优化中的作用
人们所说的“智能”领域,指的是部署了“智能”设备的区域,比如无线数字心电图仪(ECG)和无线血压计。
这些设备的技术进步在数字领域表现得尤为明显:比如计算领域、后台自动传输领域和更智能的电脑系统等。
在这一进步的背后隐藏着材料科学的飞速发展与进步:智能材料的出现。研究人员通过对材料的分析研究、设计,以及他们独创性的思维使得开发这类敏感材料成为可能,这些材料会根据外界刺激做出反应,并改变其特性,从而探测周围环境的变化。这些属性的变化形成了传感器的输入数据,因此,这类材料也成了传感器的基石。
那么,这种独创性带来了什么呢?答案是传感器自主化。当然了,传感器需要电能的支持,以便处理和传输信息。智能材料可以做到这一点。实际上,在大多数的情况下,传感器的能耗很低,这些材料可以响应刺激而产生电能,从而帮助传感器录入数据,并提供电能。
那么,哪些是智能材料呢?
简而言之,智能材料是指根据环境条件进行自适应的材料,这是一种笼统的说法,并未就材料类型进行分类,若按类型分类可以分为:
聚合/复合材料
压电材料
磁阻材料
电致伸缩材料
形变记忆材料
以上所有材料的共性是适应性和可变性。迄今为止,压电材料仍是传感器中应用最广泛的材料。它是一种受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
下一步:智能材料的未来
智能材料的时代才刚刚开始,从上面的技术发展和演变,我们可以期望,在不久的将来植入芯片能够替代我们体内衰竭的器官,如模拟听觉、心脏起搏器和人工视网膜。
也许有一天,智能药丸可以置于我们身体的特定部位,以诊断和治疗体内疾病,而不用进行外科手术。