智能材料：科技改變未來（簡體書）

本書介紹典型的智能材料，包括：形狀記憶材料、自清潔材料、自修復材料、阻燃材料、智能調溫材料、智能調濕材料、變色材料、控釋材料、釋電材料等。本書兼具科學性和趣味性，結合很多身邊的實例，讓讀者瞭解智能材料的特點、應用和未來的發展前景。書中充滿了科學家的奇思妙想，有的令人拍案叫絕，相信讀者在閱讀本書後，一定會折服於科技的力量、創新的力量，會感歎“創意無限”“學無止境”！
本書適宜中學生、大學生等讀者閱讀參考。

由偉，河北科技大學，材料系主任，副教授，畢業于西安交通大學材料系，獲得學士、碩士學位，清華大學材料系，獲得博士學位，從事材料科學與工程專業的教學和科研工作。目前取得10項發明專利、2項實用新型專利，發表50餘篇學術論文，獲得中國煤炭工業協會專利獎、河北省煤炭工業協會科技進步獎等獎勵。

智慧點亮生活。在各種智能器件當中，智能材料無疑發揮了極為重要的作用。它可以輕鬆實現光電轉換、吸濕透氣、智能恒溫、緩釋藥物、靶向藥品、清潔建築等功能。



本書介紹各類智能材料的功能原理和進展，適宜從事新材料研發和智能製造的技術人員參考。

第一章 智能材料概述 001



第一節 概念和特徵 002



一、智能材料的概念 002



二、智能材料的特徵 003



第二節 智能材料的起源和發展 004



第三節 智能材料的功能 006



一、感知功能 006



二、信息處理功能 006



三、反饋功能 006



四、響應功能 006



第四節 智能材料的分類 007



一、按化學成分 007



二、按性質或功能 007



三、按幾何特徵 008



四、按具體產品 008



第五節 智能材料的應用領域 008



一、航空航天 008



二、軍事 009



三、醫療與健康 010



四、建築 010



五、智能電視 011



六、智能手機 011



七、智能服裝 011



第六節 智能材料的研究內容 012



一、化學成分設計 012



二、顯微結構設計 013



三、加工工藝 013



四、系統集成 014



第七節 發展前景――智能時代的需要 014



一、對材料科學的作用 015



二、對其他學科的作用 015



三、在產業界的應用 016



四、深層次的啟示 017



五、未來的研究方向 017







第二章 能屈能伸的“大丈夫”――形狀記憶材料 019



第一節 概述 020



一、概念 020



二、起源和發展史 020



三、應用 021



第二節 形狀記憶效應 022



一、原理 022



二、影響因素 027



三、類型 028



四、性能 029



第三節 形狀記憶合金 031



一、鎘系 031



二、鈦- 鎳系 031



三、銅系 032



四、鐵系 033



五、應用領域 033



第四節 形狀記憶陶瓷 042



一、機理 042



二、種類 042



三、性能 043



四、應用 044



第五節 形狀記憶高分子材料 044



一、機理 044



二、刺激方式 045



三、類型 045



四、特點 046



五、應用047



第六節 發展趨勢 048



一、形狀記憶合金 049



二、形狀記憶陶瓷 049



三、形狀記憶高分子 049



四、與其他技術的融合 050







第三章 有“潔癖”的材料――自清潔材料 051



第一節 概述 052



一、概念 052



二、起源 052



三、應用前景 053



第二節 自清潔材料的原理 056



一、“疏水”材料 056



二、“親水”材料 057



三、潤濕現象 057



四、自清潔材料的研製思路 058



第三節 疏水型自清潔材料 060



一、“不粘鍋”的啟示 060



二、疏水性自清潔材料 062



三、加工工藝 063



四、作用 064



五、現存的問題 065



第四節 親水型自清潔材料 065



一、概念 065



二、納米TiO2 自清潔材料 066



三、製備方法 068



四、現存的問題 072



五、細胞膜裡的親水性材料 073



第五節 具有微米- 納米結構粗糙表面的自清潔材料 075



一、對荷葉表面結構的研究 075



二、對水黽的研究 077



三、對其他生物體的研究 079



第六節 發展趨勢 082



一、研製“微米- 納米”表面結構的自清潔材料 083



二、“低表面能+ 粗糙結構”的疏水材料 085



三、應用 086



四、現存的問題和發展方向 087







第四章 能自我療傷的材料――自修復材料 090



第一節 概述 092



一、概念 092



二、原理 093



三、類型 094



四、應用 095



第二節 高分子自修復材料 099



一、微膠囊自修復材料 100



二、中空纖維自修復材料 103



三、中空纖維網絡自修復材料 104



四、可逆化學反應自修復材料 105



五、氫鍵自修復材料 107



六、形狀記憶自修復材料 108



七、外激勵型自修復材料 109



八、溶劑型自修復材料 110



九、凝膠型自修復材料 110



十、低溫自修復材料 112



第三節 自修復混凝土 113



一、空心纖維自修復混凝土 114



二、自修復混凝土塗層 114



三、多功能自修復混凝土 115



四、形狀記憶合金自修復混凝土 116



五、細菌自修復混凝土 117



第四節 金屬自修復材料 120



一、金屬磨損自修復材料 120



二、氧化還原反應自修復塗層 122



三、“老繭”型自修復材料 125







第五章 身邊的“辟火罩”――阻燃材料 127



第一節 概述 129



一、概念 129



二、原理 130



三、種類 131



四、用途 132



第二節 有機阻燃劑 133



一、鹵素阻燃劑 133



二、無鹵阻燃劑 137



第三節 無機阻燃劑 141



一、氫氧化鋁阻燃劑 141



二、氫氧化鎂阻燃劑 143



三、無機磷系阻燃劑 144



四、水合硼酸鋅 146



五、三氧化二銻 148



六、其他無機阻燃劑 149



第四節 新型阻燃材料 154



一、納米阻燃劑 154



二、石墨烯阻燃劑 158



三、碳納米管阻燃劑 160



四、富勒烯阻燃劑 162







第六章 “空調”服裝――智能調溫材料 164



第一節 概述 165



一、概念 165



二、原理 166



三、種類 170



四、應用 171



五、性能 175



第二節 化學成分 176



一、石蠟 176



二、無機材料 177



三、固- 固相變材料 178



第三節 微膠囊調溫材料 180



一、原理 180



二、起源 181



三、製造方法 181



四、微膠囊的製造 182



五、應用 185



第四節 其他調溫材料 193



一、中空纖維調溫材料 193



二、共混式調溫材料 194



三、塗層型調溫材料 194



四、多孔調溫材料 195



第五節 新型調溫材料 196



一、會“呼吸”的衣服 196



二、形狀記憶調溫材料 196



三、帶“窗戶”的衣服197



四、用細菌製造的衣服 198



第六節 發展趨勢 199



一、面臨的問題 199



二、潛在的應用 201







第七章 智能調濕材料 203



第一節 概述 204



一、概念 204



二、種類 205



三、應用 206



第二節 多孔型調濕材料 207



一、矽膠 207



二、矽藻土 208



三、沸石 210



四、其他礦物 211



第三節 生物質調濕材料 211



一、海綿 211



二、棉花 213



三、應用 216



四、吸濕原理 217



第四節 表面活性劑調濕材料 221



一、表面活性劑是什麼 221



二、表面活性劑的種類 221



三、表面活性劑的結構 222



四、表面活性劑調濕材料 223



第五節 無機鹽調濕材料 224



一、水玻璃 224



二、氯化鈣 225



三、氧化鈣 227



第六節 高吸水性樹脂 228



第七節 分子篩 230



一、層狀沸石 230



二、Co-OMS-2 分子篩 230



三、ZSM-5 沸石分子篩 231



四、MCM 系列分子篩 231



五、矽鋁膠 232



第八節 水凝膠 233



第九節 天然保濕因子 234



第十節 發展趨勢 236



一、進一步提高吸濕效能 237



二、改進放濕效能 237



三、濕度的控制 237



四、仿生技術的應用 237



五、新型調濕材料的開發 238



六、其他 238







第八章 變色材料和“隱身衣” 239



第一節 概述 240



一、概念 240



二、原理 241



三、分類 242



四、應用 243



第二節 光致變色材料 246



一、概念 246



二、原理 246



三、特徵 249



四、種類 250



第三節 隱身衣 260



一、飛機的“隱身衣”――吸波材料 260



二、“攝像機”式隱身衣 261



三、讓光線“拐彎”的隱身衣 262



四、變色龍和隱身衣 264



第四節 電致變色材料 266



一、概念 266



二、發展歷史 266



三、類型 267



四、應用 271



第五節 發展趨勢 272







第九章 聰明的藥片――控釋材料 275



第一節 概述 276



一、概念 276



二、功能 276



三、特點 277



四、類型 279



五、應用領域 280



第二節 控釋材料的原理 280



一、物理控制 280



二、化學控制 281



三、複合法 283



四、溶劑控制 283



第三節 控釋材料的結構設計 284



一、包膜型結構 285



二、微球型結構 287



三、骨架型結構 288



四、凝膠型結構 290



第四節 控釋材料的載體 290



一、羥丙基纖維素 291



二、卡波姆（Carbopol） 291



三、聚乙烯吡咯烷酮 292



四、絲素蛋白 293



五、白蛋白 294



六、環糊精 295



七、其他薄膜材料 296



八、其他骨架材料 296



九、抑制劑 297



第五節 “ 更” 聰明的藥片 297



一、智能脈衝式控釋材料 297



二、溫度敏感型智能控釋材料 300



三、酸度敏感型智能控釋材料 303



四、光敏感型智能控釋材料 304



五、電刺激型智能控釋材料 305



六、磁場敏感型智能控釋材料 306



七、化學成分敏感型智能控釋材料 307



八、其他材料 309







第十章 永不充電的手機――釋電材料 311



第一節 會發電的魚 312



第二節 “ 永動” 手錶 314



一、雙獅表 314



二、光動能手錶 315



第三節 壓電材料 316



一、概念 316



二、壓電效應 316



三、種類 319



四、應用 320



第四節 熱電材料 327



一、概念 327



二、塞貝克效應 328



三、珀爾帖效應 332



第五節 熱釋電材料 334



一、概念 334



二、應用 335



第六節 光電材料 338



一、概念 338



二、外光電效應 338



三、光電導效應 340



四、光生伏特效應 344



第七節 發展趨勢 345



一、電荷的釋放量 345



二、釋電的靈敏度 346



三、開發新型的材料體系 346







參考文獻 347