高分子材料智能化

高分子智能材料，也有人稱機(jī)敏材料，是新材料領(lǐng)域中，正在形成的一門新的分支學(xué)科。高分子智能材料是通過有機(jī)合成的方法，使無生命的有機(jī)材料，變得似乎有了“感覺”和“知覺”。這類材料在實(shí)際中已有了應(yīng)用，并正在成為各國(guó)科技工作者的嶄新的研究課題，預(yù)計(jì)不遠(yuǎn)的將來這些材料將進(jìn)入到我們生活中。

自行調(diào)溫調(diào)光的“云膠”

數(shù)千年來，人們建造的建筑物基本都是模擬動(dòng)物的殼，天花板和墻壁都密不通風(fēng)，以便把建筑物內(nèi)外隔開。現(xiàn)在科學(xué)家正在研制一種能自行調(diào)溫調(diào)光的新型建筑材料，這種制品叫做“云膠”，其成分是水和一種聚合物的混合物。這種聚合物的一部分是油質(zhì)成分，在低溫時(shí)這種油質(zhì)成分把水分子以一種冰凍的方式聚集在這種聚合物纖維的周圍，就像“一件冰夾克衫”。這種像繩子似的聚合物是成串排列起來的，呈透明狀，可以透過90%的光線。當(dāng)它被加熱時(shí)，這種聚合物分子就像“面條在沸水里”那樣翻滾，并拋棄它們的像冰似的“冰夾克衫”，使聚合纖維得以聚在一起。此時(shí)，“云膠”從清澈透明變成為白色，可阻擋90%的日光。這一轉(zhuǎn)變大部分情況下在2℃～3℃溫差范圍內(nèi)就能完成，并且是可逆的。建筑物如果具有像這樣的“皮膚”，就可以適應(yīng)周圍的環(huán)境。當(dāng)天氣寒冷時(shí)，它就變成透明的，讓陽(yáng)光照射進(jìn)來；當(dāng)天氣暖和且必須把陽(yáng)光擋住時(shí)，它就變得半透明。一個(gè)裝有云膠的天窗，當(dāng)太陽(yáng)光從天空的一端移向另一端時(shí)，能提供比較恒定的進(jìn)光量。充滿云膠的多層玻璃，不僅可以作天花板，而且可作墻壁。

自動(dòng)消除外來撞擊的塑料

德國(guó)一家公司曾研制了一種智能塑料，它可以按人們的需要時(shí)而變硬時(shí)而變軟。這種名為“施馬蒂斯”的塑料是由這家公司的工程師舒勒發(fā)明的。他在燒杯中倒入一種乳白色流體，用一根金屬棒攪拌，液體漸漸變稠，最后成為硬塊，接著硬塊又在頃刻之間變成液體。如果急速把金屬棒從液體中抽出，那么液體就會(huì)把棒拉住，只有非常緩慢地提起，才能抽出金屬棒。造成這種現(xiàn)象的原理是，這種塑料的溶劑是水，很微小的顆粒排列整齊時(shí)呈液體狀，受到干擾時(shí)就呈固體狀。因而，人們可通過各種外因來變換它的狀態(tài)。這種塑料能自行消除外來的撞擊，特別適合于車輛的緩沖器。用這種塑料制成的油箱即使被坦克壓過也不會(huì)破裂，用于建房則抗震性能特強(qiáng)。

有“感覺”的機(jī)器人皮膚

把高分子材料和傳感器結(jié)合起來，已成為智能材料的一個(gè)新的特點(diǎn)。意大利在研制有“感覺”功能的“智能皮膚”，處于領(lǐng)先地位。1994年，意大利比薩大學(xué)根據(jù)人類皮膚有表皮和真皮（外層和內(nèi)層）組織的特點(diǎn)，為機(jī)器人制造了一種由外層和內(nèi)層構(gòu)成的人造皮膚，這種皮膚不僅富有彈性，厚度也和真實(shí)皮膚差不多。為了使人造皮膚能“感知”物體表面的質(zhì)感細(xì)節(jié)，研究人員還研制了一種特殊的表皮。這種表皮由兩層橡膠薄膜組成，然后在兩層橡膠薄膜之間放置許多只針尖大小的傳感器。這些傳感器是由陶瓷制成的，在受到壓力時(shí)，就產(chǎn)生電壓。受壓越大，產(chǎn)生的電壓也就越大。據(jù)報(bào)道，這種針尖大小的壓電陶瓷傳感器很靈敏，紙張上凸起的斑點(diǎn)也能感覺到，這種使用人造皮膚的機(jī)器人，可以靈敏地感覺到一片膠紙脫離時(shí)產(chǎn)生的拉力，或靈敏地感覺到一個(gè)加了潤(rùn)滑劑的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承脫離時(shí)的摩擦力突然變化情況，并迅速作出握緊反應(yīng)，可大大提高生產(chǎn)的安全性。

主動(dòng)式智能材料

美國(guó)的一些橋梁專家正在研究主動(dòng)式智能材料，這種材料能使橋梁出現(xiàn)問題時(shí)自動(dòng)加固；美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)則在研究一種能自動(dòng)加固的直升機(jī)水平旋翼葉片，當(dāng)葉片在飛行中遇到疾風(fēng)作用而猛烈振蕩時(shí)，分布在葉片中的微小液滴就會(huì)變成固體而自動(dòng)加固；人們還研究一種住宅用的“智能墻紙”，當(dāng)住宅中的洗衣機(jī)等機(jī)器產(chǎn)生噪聲時(shí)，智能墻紙可以使這種噪聲減弱。美國(guó)人還制成聰明的智能型汗衫，它是在棉布中包含著一個(gè)奇妙的光纖系統(tǒng)和傳感器。將傳感器同一個(gè)微程序連接起來，就會(huì)使這種服裝變成一種應(yīng)用極為廣泛的電腦。它最有益的功能是可以拯救人的生命，例如士兵或者那些從事危險(xiǎn)工作的人（如消防隊(duì)員、警察等）的生命。用這種傳感器制成消防服，可在火災(zāi)發(fā)生地的溫度達(dá)到危險(xiǎn)點(diǎn)時(shí)發(fā)出信號(hào)。在醫(yī)學(xué)方面，這種汗衫可協(xié)助監(jiān)測(cè)病人心跳、體溫、血壓、呼吸等生理指標(biāo)。另外，能對(duì)臟器移植者或心臟病患者進(jìn)行持續(xù)不斷的監(jiān)測(cè)，這就有可能對(duì)術(shù)后病人進(jìn)行遠(yuǎn)距離的監(jiān)控。

總之，高分子智能材料已成為材料科學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，各國(guó)科學(xué)家正在為此作出不懈的努力。人類發(fā)展的歷史證明，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用，都會(huì)把人類支配和改造自然的能力提高到一個(gè)新的水平。