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 。

因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：

（1）传感功能（Sensor）

能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。

（2）反馈功能（Feedback）

可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。

（3）信息识别与积累功能

能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。

（4）响应功能

能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。

（5）自诊断能力（Self-diagnosis）

能通过分析比较系统的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。

（6）自修复能力（Self-recovery）

能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。

（7）自调节能力（Self-adjusting）

对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。

智能复合材料为机敏复合材料的高级形式，但机敏复合材料只能作出简单线性的响应。而复合材料能根据环境条件的变化程度能非线性地使材料适应以达到最佳的效果。可以说在机敏复合材料的自诊适应和自愈合的基础上增加了自决策的功能，体现所具有的高级形式。智能复合材料和系统也可简称之为智能材料和系统(intelligent materials and system)尚无统一的名称，同时它的概念也在不断的扩展 。

（1）基体材料

基体材料主要起承受载荷的作用，一般选用轻质材料，其中高分子材料因重量轻、耐腐蚀等优点而受到人们的重视。也可选用金属材料，尤其以轻质有色合金为主。

（2）传感器部分(敏感材料)

传感器部分由具有感知能力的敏感材料构成。它的主要作用是感知环境的变化 ,如温度、压力、应力、电磁场等，并将其转换为相应的信号。这种材料有形状记忆合金、压电材料、光纤、磁致伸缩材料、PH致伸缩材料、电致变色材料、电致粘流体、磁致粘流体、液晶材料、功能梯度材料和功能塑料合金。

（3）驱动器部分

构成驱动器部分的驱动材料如形状记忆合金、磁致伸缩材料、PH致伸缩材料、电致伸缩材料等。在一定的条件下可产生较大的应变和应力，从而起到响应和控制的作用。可以根据温度、电（磁）场等的变化而改变其形状、尺寸、位置、刚性、自然频率、阻尼以及其它一些力学特征，因而可具有对环境的自适应功能。

（4）信息处理器部分

信息处理器部分是智能复合材料的最核心部分。随着高度集成的硅晶技术的发展，信息处理器也变得越来越小，这就为将信息处理器复合进智能复合材料提供了良好的条件。

复合材料智能结构分为被动控制式和主动控制式两类。

被动控制式智能结构低级而简单（亦称为机敏结构），只传输传感器感受到的信息，如应变、位移、温度、压力和加速度等，结构与电子设备相互独立。

主动控制式是一种智能化结构，具有先进而复杂的功能，能主动检测结构的静力、动力等特性，比较检测结果，进行筛选并确定适当的响应，控制不希望出现的动态特性 。

1 智能复合材料及其进展

1．1 概述

1．1．1 智能材料

1．1．2 智能复合材料

1．1．3 智能结构及其系统

1．2 水泥基智能复合材料的自感知研究进展

1．2．1 压敏特性

1．2．2 温敏特性

1．2．3 热电特性

1．2．4 力电效应

1．3 水泥基智能复合材料的自调节研究进展

1．3．1 电热效应

1．3．2 电力特性

1．3．3 自减振特性

1．4 水泥基智能复合材料的自愈合研究进展

1．4．1 结晶沉淀自愈合

1．4．2 渗透结晶自愈合

1．4．3 聚合物固化仿生自愈合

1．4．4 电解沉积自愈合

1．4．s自愈合存在的问题

1．5 形状记忆合金智能复合材料

1．5．1 在航天航空器结构中的应用实例

1．5．2 在土木工程中的应用实例

1．6 光纤智能复合材料

1．6．1 光纤光栅

1．6．2 光纤光栅传感器在航空航天业中的应用举例

1．6．3 光纤光栅传感器在船舶航运业中的应用举例

1．6．4 光纤光栅传感器在土木工程中的应用举例

1．7 压电智能复合材料

1．7．1 阻抗法及其应用

1．7．2 波动法及其应用

参考文献

2 水泥基智能复合材料的压敏性及其智能结构

2．1 概述

2．2 水泥基智能复合材料压敏性的定义和基本现象

2．3 水泥基智能复合材料组分、结构与压敏特性

2．3．1 碳纤维的掺量和长度对压敏性的影响

2．3．2 龄期对压敏性的影响

2．3．3 碳纤维表面处理对压敏性的影响

2．3．4 外加剂对压敏性的影响

2．3．5 成型工艺对压敏性的影响

2．4 水泥基智能复合材料压敏性的不同测试方法．

2．4．1 直流电阻测试法

2．4．2 交流阻抗测试法

2．4．3 电容测试法

2．5 水泥基智能复合材料的动态压敏特性．

2．5．1 对三角波交变载荷的响应

2．5．2 对冲击载荷的响应

2．6 水泥基智能复合材料压敏性在混凝土结构中的应用

2．6．1 混凝土简支梁弯曲变形的自诊断

2．6．2 混凝土立柱偏心的自诊断

2．6．3 有温度梯度时梁变形检测的温度补偿

2．6．4 水泥基智能材料周边有约束的压敏性

2．6．5 利用压敏性监测混凝土中的钢筋锈蚀

2．6．6 结构平均应变和应力检测

2．7 水泥基复合材料承载时的损伤．

2．7．1 水泥基材料及结构的损伤监测

2．7．2 水泥基材料局部损伤的检测

2．7．3 混凝土构件残余寿命预测

2．7．4 混凝土的冻融损伤分析

2．7．5 新旧混凝土粘结质量的评估

2．8 压敏性研究目前存在的问题

参考文献

3 水泥基智能复合材料的温敏性、力电效应及其智能结构

3．1 概述

3．2 水泥基智能复合材料的温敏性

3．2．1 水泥基智能复合材料的温敏性及其机理

3．2．2 碳纤维掺量对水泥基智能复合材料温敏性的影响

3．3 水泥基智能复合材料温敏性在混凝土结构中应用

3．3．1 嵌入式温敏混凝土结构

3．3．2 碳纤维水泥层/普通混凝土复合温敏结构

3．4 水泥基智能复合材料的塞贝克效应

3．4．1 水泥基智能复合材料的塞贝克效应与机理

3．4．2 水泥基PN结的伏安特性及其塞贝克效应

3．4．3 塞贝克效应影响因素的研究

3．5 水泥基智能复合材料塞贝克效应在混凝土结构中应用

3．5．1 埋入水泥基智能复合材料的温敏混凝土柱

3．5．2 碳纤维水泥层/普通混凝土复合温敏结构

3．5．3 连续碳纤维温敏混凝土杆

3．5．4 温度自诊断自适应智能混凝土结构及模型

3．6 水泥基智能复合材料的力电效应

3．6．1 水泥基智能复合材料的力电效应

3．6．2 孔隙水与水泥基智能复合材料力电效应的关系

3．6．3 水泥基智能复合材料力电效应的机理

3．6．4 水泥基智能复合材料的电磁发射现象

3．7 水泥基智能复合材料的电力效应

3．7．1 实验方法

3．7．2 水泥基智能复合材料的电力效应

3．7．3 电力效应的机理

3．8 基于力电效应应用的机敏混凝土梁

3．8．1 试验模型与测试系统

3．8．2 试验结果

参考文献

4 水泥基智能结构的自调节

4．1 概述

4．1．1 变形自调节

4．1．2 温度自调节

4．1．3 高阻尼抗振调节

4．2 变形自调节的基本原理及实验

4．2．1 碳纤维毡混凝土叠层梁的实验模型及材料

4．2．2 叠层梁电热变形实验装置及实验过程

4．2．3 叠层梁电热变形实验结果分析

4．3 变形自调节理论分析

4．3．1 叠层梁的热传导数学模型

4．3．2 叠层梁电热驱动的动态响应

4．3．3 叠层梁的电热变形数值模拟

4．3．4 叠层梁电热变形的实验与理论数值的比较

4．4 变形自调节中的温度、变形自检测

4．4．1 温度检测

4．4．2 温差检测

4．4．3 变形检测

4．5 变形自调节的控制理论与方法调节实验

4．5．1 被控对象的数学模型

4．5．2 变形自调节的控制方法

4．5．3 反馈信号的预处理

4．5．4 碳纤维毡水泥砂浆叠层梁变形调节实验

4．6 温度自调节原理实验

……

5 水泥基智能复合材料结构损伤的成像诊断方法

参考文献2100433B

《智能复合材料结构体系》在简要介绍智能复合材料结构系统的研究现状与进展的基础上，重点阐述了作者及其课题组在水泥基智能复合材料方面的研究成果。其内容包括:水泥基智能复合材料的组成及压敏性，温敏性，热电效应，力电效应，电热效应，损伤图像检测等的几个机理和实验结果，水泥基智能复合系统的自诊断与自调节的理论分析，数值模拟和实验研究模型，在道路融雪化冰，钢筋混凝土锈蚀监测，混凝土结构变型检测，结构温度变形自适应调节以及混凝土结构可视化健康检测的阶段性研究成果，并指出了水泥基智能复合材料在工程应用中存在的一些问题。

PVDF的主要缺点是受使用温度的限制，一般不能超过100℃，而压电陶瓷的使用温度可达20℃，由于压电陶瓷与聚合物在力学性能和介电性能方面存在很大差异，故二者复合可以优势互补，克服压电陶瓷的脆性和压电聚合物受温度限制的缺点。压电复合材料的出现、应用和发展始于20世纪80年代初期，将压电聚合物和压电陶瓷按一定的组分比例(如体积比或质量比)、空间几何分布及连通方式复合在一起，使之兼具压电陶瓷和压电聚合物的优点，并且能够成倍地提高材料的压电性能。例如压电陶瓷的压电应变系数较高，但是它的压电电压系数却较低，这限制了它在超声测量方面的应用，压电复合材料很好地克服了这个缺点。由于压电性具有张量性质，故可以根据条件计算出复合材料性能的优值，再通过设计及复合工艺提高这些优值的张量系数，而减小另一些张量系数，从而实现复合后的性能优势。