Materiał inteligenty reaguje na bodźce zewnętrzne przez istotną zmianę swych właściwości. Bodźcami tymi mogą być np. pole elektryczne, magnetyczne, energia mechaniczna lub termiczna. Ważne jest uzyskiwanie tego efektu w czasie rzeczywistym lub zbliżonym do rzeczywistego.
Podział materiałów inteligentnych
1. zmieniające kolor
a) fotochromowe
2. emitujące światło
a) elektroluminescencyjne
b) fluoroluminescencyjne
c) fotoluminescencyjne
d) katodoluminescencyjne
e) termoluminescencyjne
f) radioluminescencyjne
3. zmieniające kształt lub wielkość
a) polimery przewodzące
b) elastomery dielektryczne – materiały elektrostrykcyjne c) materiały magnetostrykcyjne
d) mat. piezoelektryczne
e) żele polimerowe
f) mat. z pamięcią kształtu
4. zmieniające temperaturę
a) termoelektryczne
5. ciecze zmieniające lepkość dynamiczną
a) magnetoreologiczne
b) elektroreologiczne
6. samogrupujące się
7. samonaprawiające się
Ciecze kontrolowane:
• zmiana właściwości pod wpływem pola magnetycznego
◦ ferrofliudy (rzędu nm)
◦ ciecze magnetoreologiczne (rzędu μm)
• pod wpływem pola elektrycznego
◦ ciecze elektroreologiczne
Zastosowania:
• MR
◦ systemy zawieszenia w samochodach (tłumiki drgań)
◦ systemy ochrony pasażerów w samochodach (zderzaki, hamulce)
◦ protezy
◦ elementy układów pozycjonujących w pneumatyce (jako hamulce)
◦ sprzęgła/tłumiki
◦ polerowanie precyzyjne
• FF
◦ w głośnikach (tłumienie pogłosów, chłodzenie, wydłużenie pracy głośnika)
◦ smarowanie przekładni, łożysk
◦ uszczelnienia
• ER
◦ aktywne urządzenia tłumiące drgania
◦ amortyzatory
◦ elektrycznie kontrolowane sprzęgła i zawory Piezoelementy – wykorzystywane w nich materiały charakteryzują się zdolnością do generowania potencjału elektrycznego przez elementy poddawane mechanicznemu ściskaniu lub rozciąganiu (praca w roli czujnika) lub na odwrót – zmiany wymiarów tych elementów na skutek przykładania do nich potencjału elektrycznego (praca w roli aktuatora)
Rodzaje:
• stosowe – duże siły (do 100 kN), małe przemieszczenia, napięcia ster. ok. 1000 V
• płaskie (belka, pierścień) – niewielkie siły (do kilku N), małe przemieszczenia, napięcia ster. ok. 30-100 V
Zastosowania:
• mikrosiłowniki
• czujniki (przyśpieszenia, siły, ciśnienia)
• aktywne łożyskowanie wirnika helikoptera
• mini napędy liniowe
• mikrosilniki
• przetworniki dźwięku
• zawory przełączające
• aktywne łopatki wirnika
Stopy z pamięcią kształtu – unikatowa klasa stopów metali, które mogą zmieniać kształt przy podgrzaniu powyżej pewnej temperatury. Zmiana kształtu polega na powrocie materiału do kształtu wyjściowego, tego który został
„zapamiętany” lub na tzw. efekcie pseudoplastyczności. Materiały te posiadają dwie stabilne fazy: wysokotemperaturową (austenit) i niskotemperaturową (martenzyt).
W stopach SMA może występować:
• jednokierunkowy efekt pamięci kształtu – materiał odkształcony w stanie martenzytycznym powraca po nagrzaniu do kształtu nadanego przy istnieniu fazy wysokotemperaturowej
• dwukierunkowy – przejście od kształtu nadanego w stanie martenzytycznym do kształtu nadanego przy istnieniu fazy wysokotemperaturowej jest odwracalne i odbywa się bez udziału naprężeń
• zjawisko pseudosprężystości – odkształcanie w wyniku przemiany martenzytycznej indukowanej naprężeniami Sygnałem aktywnym zmiany kształtu jest zmiana temperatury – częstotliwość pracy SMA do 102 Hz Zastosowania:
• w kompozytach – jako materiały tłumiące drgania
• cienkie warstwy spełniające rolę mikroaktuatorów w systemach MEMS
Materiały samonaprawiające się – reagują na uszkodzenia strukturalne, takie jak pęknięcia, ubytki czy wygięcia Mechanizmy samonaprawiania:
• mechanizm pamięci kształtu
• technologie samogrupowania się cząsteczek Rodzaje materiałów:
• mikrokapsułki – rodzaj kleju, który naprawia mikropęknięcia w materiale. Substancja ta (dicyklobutadien, DCPD) występuje w formie cieczy i jest zamknięta w mikrokapsułkach rozproszonych w materiale
• mat samonaprawiające się katalitycznie – do zapoczątkowania procesu potrzebny jest katalizator. Do chwili zapoczątkowania procesu materiał samouzdrawiający i katalizator muszą być przechowywane oddzielnie. Sam proces naprawy polega na typowej polimeryzacji
• mat kompozytowe – zestaw materiałów, które występują w danym elemencie jako składowe całości np. Automend