Энциклопедический словарь нанотехнологий - "умные" материалы
"умные" материалы
Термин на английском
smart materialsСинонимы
Аббревиатуры
Связанные термины
"умные" композиты, актуатор, наночастица, сканирующая зондовая микроскопия, пьезоэффект, магнитная жидкостьОпределение
класс различных по химическому составу и агрегатному состоянию материалов, которые объединяет наличие одной или нескольких физических (оптических, магнитных, электрических, механических) или физико-химических (реологических и др.) характеристик, значительно (нелинейно) изменяющихся под влиянием внешних воздействий: давления, температуры, влажности, pH, электрического или магнитного поля и др.). Описание
"Умными" разнородные материалы этой группы делает наличие у них взаимозависимых, но различных по своей природе свойств (механических, электрических, магнитных и пр.). Это позволяет использовать данные материалы либо как сенсоры, чувствительные к какому-либо внешнему воздействию, либо в качестве "актуаторов", вызывающих искусственно совершаемое действие при подаче контролирующего сигнала. И в том, и в другом случае функция отклика на воздействие, как правило, является нелинейной. Некоторые из "умных" материалов могут самостоятельно реагировать на внешние воздействия, как, например, биметаллические пластины в простейших регуляторах температуры.
Наиболее часто к "умным" материалам относят пьезоэлектрики (альфа-кварц, титанат-цирконат свинца), выступающие в роли "сенсоров" или "актуаторов". В последнее время к ним же причисляют термоэлектрики, мультиферроики, магнитокалорические материалы, материалы с эффектом колоссального магнетосопротивления, магнитореологические, электрореологические жидкости, материалы, обладающие эффектом памяти формы (нитинол и др.), термочувствительные полимеры. К “умным” материалам можно отнести полимерные гели, способные в сотни раз изменять свой объем (коллапс геля) при небольшом изменении внешних условий (температуры, состава растворителя, водородного показателя среды рН). Различные полимерные покрытия, значительно изменяющиеся свои электропроводящие, оптические и др. свойства при сорбции определенных веществ, применяются в сенсорах приборов для мониторинга окружающей среды, в частности, для определения концентрации токсичных веществ.
Далеко не все “умные” материалы непосредственно относятся к категории наноматериалов, однако они часто находят себе применение в области нанотехнологий. Так, сегнетоэлектрики (пьезоэлектрики) используются для создания высокоточных позиционирующих устройств (в частности, для сканирующей зондовой микроскопии), в магнитореологических жидкостях применяются высокодисперсные магнитные частицы (наночастицы). Ряд наноустройств создан на базе пьезоэлектриков (нановесы, одномерные наноструктуры из титаната бария или оксида цинка, использующиеся для генерации электроэнергии и т. д.).
Авторы- Гудилин Евгений Алексеевич, д.х.н.
- Шляхтин Олег Александрович, к.х.н.
Электронномикроскопические изображения нановолокон композита феррошпинели и цирконата-титаната свинца (a) до закалки и (b) после закалки на воздухе при 550°С. Источник: Нановолокна мультиферроика // Нанометр, 2008 URL: http://www.nanometer.ru/2008/05/14/nanostructure_52634.html (дата обращения 13.10.2009) | |
Механические преобразователи на основе нанопроводов могут получать энергию за счет вибрации, возникающей при ходьбе, сердцебиении, течении жидкостей или газов. На фотографии приведены пьезоэлектрические нанопровода из оксида цинка, выращенные на текстильных волокнах. Источник: Умная одежда зарядит батарейки // Нанометр, 2008 URL: http://www.nanometer.ru/2008/02/15/oksid_cinka_6002.html (дата обращения 13.10.2009) | |
Примеры "умных" материалов. Источник: из материалов лекции по нанотехнологии, ФНМ МГУ, 2009 | |
Нитинол | |
"Умные" преобразователи энергии ВЧ-излучения позволяют без контроля извне поддерживать на заданном уровне температуру объекта, находящегося в высокочастотном поле. На рисунке динамика температуры суспензий, содержащих частицы различных материалов-преобразователей. Прямая линия температура суспензии, содержащей "обычный" преобразователь. Источник: Kuznetsov A.A., Shlyakhtin O.A., Brusentsov N.A., Kuznetsov O.A.“Smart” Mediators For Self-Controlled Inductive Heating // European Cells and Materials № 3. Suppl. 2, 2002 pp. 75-77 |
Теги
нитинол, пьезоэлектрики, магнитные жидкостиРазделы
Наноэлектроника, компонентная база и устройства
Вопрос-ответ:
