智能复合材料研究进展.doc

16智能复合材料研究进展智能复合材料研究进展材硕113班（0301110546）王鸿摘要：智能复合材料是拟人化的高科技材料，它能根据设计者的思路要求实现自检测、自诊断、自调节等各种特殊功能。文章介绍了智能复合材料的原理、组成，分析了几种智能复合材料如：压电复合材料、形状记忆合金、光纤材料、电流变体等的开发研究概况及其在纺织品中的应用。关键词：智能复合材料，形状记忆合金，智能纺织品1引言智能复合材料是一类基于仿生学概念发展起来的高新技术材料，它实际上是集成了传器、信息处理器和功能驱动器的新型复合材料。其通过传感器感知内外环境状态的变化，将变化所产生的信号通过信息处理器做出判断处理，并发出指令，而后通过功能驱动器调整材料的各种状态以适应内外环境的变化，从而实现 自检测、自诊断、自调节、自恢复、自我保护等多种特殊功能类似于生物系统。智能复合材料是微电子技术、计算机技术与材料科学交叉的产物，在许多领域展现了广阔的应用前景，如机械装置噪音与振动的自我控制等，飞机的智能蒙皮与自适应机翼，桥梁与高速公路等大型结构的自增强、自诊断自修复功能，以及各种智能纺织品。2智能复合材料的主要种类和应用2.1产业领域2.1.1形状记忆合金纤维增强智能复合材料1SMA应用于智能复合材料主要由于其具有形状记忆效应(SME)和超弹性。最典型的SMA是NiTi合金，它感应灵敏度高，微应变大，可回复应力大，致动机理简单(驱动器只需SMA一种材料，可拉成纤维或丝状)，有良好的感应和驱动性能。SMA从功能上概括主要有如下应用。1)材料的增强。埋有SMA的复合材料结构中的SMA被激励时将对整个结构的性能产生较大的压应变，如将SMA丝合理地布置于结构中可显著增强复合材料的强度：而且有资料表明在SMA丝的体积分数不变的情况下，将其适当排列，可提高复合材料的抗低速冲击性能。 2)变形控制与结构损伤的探测、抑制与修复。美国应用SMA制成了夹心结构树脂基复合材料用于“柔性机翼”，该机翼在各种飞行速度下自动保持最佳翼型，大幅度提高飞行效率，并可对出现的危险振动自行抑制；将适量NiTi合金纤维铺于环氧树脂基体中制成智能复合材料(SMC)。当SMC发生裂纹时，借助NiTi合金的电阻应力波的变化诊断材料的损伤，同时由于通电加热产生形状记忆收缩力，使裂纹收缩，使SMC自动愈合。3)结构噪声与振动的主动控制。美国人在建筑物的合成梁中埋植形状记忆合金纤维，在热电控制下，能像人的肌肉纤维一样产生形状和张力的变化，从而根据建筑物受到的振动改变梁固有刚性和固有振动频率，减小振幅，使框架结构的寿命大大延长。4)生物仿生。例如，基于仿生复合材料的概念，利用NiTi材料在生物体中易于生物亲和的特性，将其埋入低硬度的硅基材料中，模仿生物组织结构。 2.1.2光导纤维智能复合材料光纤智能复合材料2是目前国内外研究较多的一种智能材料结构，它将光纤传感器和驱动器以及有关信号处理器和控制电路集成在复合材料结构中，通过机、光、电、热等激励和控制，不仅具有承受载荷的能力，而且具有识别、分析、处理及控制等多种功能，能进行自诊断、自适应、自学习、自修复的材料结构。将光纤进行处理后埋入复合材料结构中，可以对复合材料在制作过程中的内部温度的变化以及树脂填充情况进行监测，在结构制作完成后，埋置于其中的光纤可以对复合材料结构进行非破损检测，还可以作为永久的传感器实现对复合材料结构终生健康监测，另外光纤传感器还可用于飞行器隐形。主要应用有以下几点：（1）固化监测一个潜在广阔的应用领域就是利用埋入在复合材料中的光纤传感器对材料内部的固化情况进行全面有效的监测，同时基于监测信号实时调整工艺过程，就可以保证产品的质量。光纤对复合材料在固化过程中达到最佳状态，不但可以提高复合材料的层间性能，且基体还可以有效地传递应力，提高增强纤维的强度转化率，提高复合材料成形工艺过程的效率，降低成本。（2）非破坏检测埋入在复合材料中的光纤传感器不但可以用来监测材料内部的固化情况，而且可以用来在材料制造完成后对材料进行非破坏检测。（3）结构的健康监测埋入在复合材料中的光纤传感器除了可用来固化监测和非破坏检测外, 还可以用来对复合材料结构在服役期间进行健康监测，随时报告材料结构所处的状态,这是光纤传感技术在复合材料应用中最重要的方面。早在1991年美国波音集团就提出智能构件健康监控系统(SHMS)，该系统利用光纤传感器监测飞行器结构中疲劳、裂纹、温升、开胶等情况，以保证飞行器以高安全性，低成本、低维修性飞行。随后波音公司建立了世界上首架含有光纤的机翼前缘。健康监测评估系统原型，冲击过载实验表明埋入光纤进行健康监测评估是可行的。麦道公司正在研究智能蒙皮因损伤和疲劳引起的降质方式，并将对带有智能蒙皮的飞机进行试飞，以验证其监视飞行载荷的能力。目前可用来进行结构健康监测的光纤传感器有：微弯光纤时域反射分布应变传感器；动态偏振光纤应变传感器，干涉应变传感器。（4）飞行器隐形此外，还可以应用光纤使飞行器隐形。目前美国空军正在大力开发一种采用光纤传感器的隐形飞机灵巧蒙皮，其工作原理是将光纤埋入复合材料中，光纤端面位于材料表面，其中一部分为接收光纤，另一部分为发光光纤，发光光纤发射出不在红外探测器探测范围的光波，在远离材料的表面形成一道光波墙，达到隐形的目的，而接收光纤主要用来接收制导激光信号，便于及时采取干扰措施 122.1.3碳纤维增强智能复合材料该复合材料较多地出现在水泥基材料中。将定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入水泥基材料中，不仅材料的强度得到提高且具有应力、应变和损伤自检测功能。此外将切短的碳纤维适量掺入水泥材料还将使其具有热电效应，即：温差电动势E与温差At之间在最高温度为70、最大温差为50的范围内存在稳定的线性关系。利用这种特性该种水泥材料可实时监测建筑物内外和路面表层、底层的温度变化。此效应还可利用太阳能和室内温差为建筑物提供电能，即具有温度自调节功能。 碳纤维复合材料在体育器材3上的碳纤维复合材料的比强度愈高，构件自重愈小；比模量愈高，构件的刚度愈大，因此充分利用碳纤维复合材料的特性，可提升诸多体育项目的成绩。（1）撑竿最新的碳纤维撑竿可以保证撑竿既柔韧结实又不会断裂或扭结，它可将运动员持竿快速助跑的动能部分转变成撑竿的弹性变形能，当撑竿被压弯到最大弧度后，这部分弹性变形能再释放出来，转变成运动员的势能，帮助运动员腾空跃起，飞越横杆。（2）高尔夫球杆钢高尔夫球杆由握把、杆身、杆头组成，用碳纤维复合材料制成的高尔夫球杆可减轻重量约10%40%根据动量守恒定理，当高尔夫球杆的总重量一定时，头重杆轻便于提高挥杆速度，可使球获得较大的初速度此外，碳纤维复合材料具有高阻尼特性，可使击球时间延长，球被击得更远。（3）网球拍网球拍的发展趋势是大型化轻量化目前世界上高中档网球拍大多采用碳纤维复合材料制成。大型网球拍需要采用重量轻、比强和比模大的碳纤维复合材料来制造，它可以承受比木质拍框更强的网线拉力，以保证击球时不变形、减振阻尼性好的碳纤维复合材料，在赋予运动员舒适感的同时也使网球获得了较大的初速度。（4）弓箭在射箭项目中，改善射箭用具的性能是提高射箭成绩的重要途径，而改善其用具性能的主要方法就是提高弓和箭的比弹性。当今世界最好的弓是碳纤维复合材料系列产品，由碳纤维复合材料制作的弓臂(弓片)可承受50kg/mm2的弯曲应力，赋予箭最大的初速度和最远的射程。开弓射箭，一张一弛，碳纤维复合材料的耐疲劳特性是玻璃钢和金属材料所无法比拟的，因而所制弓臂的用寿命更长（5）自行车高档自行车的车构架、前叉部件、车轮、曲轴及座位支架等均使用碳纤维复合材料制成，不仅使自行车外观更具美感，同时也赋予了车体良好的刚性和减震性能、车体重量进一步下降，骑乘舒适性更好。此外，碳纤维复合材料在体育用品方面，还可以制造动力雪撬用的弹簧板 冰球棒、游艇、赛艇、赛艇桨、帆船桅杆、摩托车零件、登山用品以及滑翔机、人力飞机、垒球和棒球球棒等。采用碳纤维增强材料(CFRP)加固混凝土结构4是一种新型、简便、高效的加固、修复和改造技术。它是将具有高抗拉强度、高弹性模量的碳纤维材料利用高性能环氧树脂类粘结胶粘贴在混凝土结构表面，使碳纤维材料与原混凝土结构形成整体，从而增强混凝土结构的承载能力5，以保证CFRP和混凝土结构表面有可靠的粘结显得尤为重要。预埋在钢筋混凝土中的智能骨料作为作动器激发扫频波，并将粘贴在碳纤维表面的PZT片作为传感器接收信号，通过对接收的信号分别进行时域和频域分析，可以看出信号在经过不同表面的人工模拟剥离损伤时，信号能量衰减变大，幅值减小；进一步利用小波包分析，根据定义的两个指标，通过对比发现差异更加明显，从而确定了剥离损伤的位置和损伤程度，也为碳纤维加固钢筋混凝土结构剥离损伤的无损伤检测提供一种简单有效地方法6。现代技术7在混凝土中放置光导纤维，光导纤维用于通讯，力度监测替代传统的导线，从而实现办公室建筑自动化，新的智能传感器可以控制空调、电力和火警，也能够检测压力、控制温度和电动的闸门等。在土木结构工程的地基中放置光纤传感器，能直接判断根基是否出现破坏。把碳纤维材料放置到水泥溶浆中，当纤维剂量和设备工艺调节适当时，变硬特性的电阻将会随外面多压力的变化而变化，也就是回应力敏感，在内部结构接近损坏区或者破坏区时同时自动报警，这是在混凝土结构中碳纤材料具有的自己诊断性能。利用这一特性，能在大水坝、桥梁和重要工程结构中实行结构的在线检测和伤害评估。桥梁的承受负荷力度检测方法是在桥面和拱壁之间放置多个光纤传感器，两边分别是发光管和光敏管，在桥梁使用时承受力度发生变化时，光纤输出的光强发生变化就会造成光敏管的变化，通过检测关敏管的变化信息来获得桥梁的承受力度的数据信息。2.1.4压电智能复合材料高分子阻尼复合材料8具有压电效应。将压电材料置入飞机机身内，当飞机遇到强气流而振动时，压电材料便产生电流，使舱壁发生和原来的振动方向相反的振动，抵消气流引起的振动噪音。将压电材料应用于滑雪板，滑雪板受振同时就产生减振反作用力，增强滑雪者的控制能力。利用压电陶瓷易于改性且易于与其它材料兼容的特点，可制成自适应结构。意大利Pisa大学制成的压电皮肤传感器，对环境温度和压力具有敏感性。压电复合材料的概念在1978年由美国人RENewnham首先提出压电阻尼材料是由压电材料，聚合物基体和导电填料三部分组成。2.1.5电磁流变体智能复合材料9-11在机械传动和智能控制领域，磁性功能材料应用的沿革，经历了从磁粉到磁流变液的发展过程。磁粉至今仍在一些机械传动装置中使用，如磁粉制动器 磁粉离合器 磁粉刹车器等。磁流变液的发展拓宽了磁粉的应用范围，被广泛应用于车辆智能减振、建筑物智能抗震、高速列车减振、机载电子设备减振舰炮后坐阻尼控制等重要领域12。磁粉和磁流变液具有不稳定问题，磁胶是一种新型的磁流变功能材料，表观呈膏状、半流体态的胶体结构分散体系，它具有优良的零场稳定性和服役状态下的定特性，在各领域磁性功能器件中，可以广泛替磁粉、磁流变液，并申请了中国发明专利。电流变体(ER流体)是一种可控流体，是能在外加电场作用下迅速实现液体-固体性质转变的一类智能材料，它能感知环境(外加电场)的变化，并且根据环境的变化自动调节材料本身的性质，使其粘度、阻尼性能和剪切力都发生相应的变化，且这种转变连续、可逆、迅速，以及能耗小(一般能源功率25W)。将ER流体直接复合到材料结构的研究是当前电流变技术的一个研究热点。由于ER流体在电场作用下流变力学性能发生显著变化，含ER流体的复合材料结构的振动可以通过控制施加在流体上的电场强度的大小来进行控制。目前结构振动控制中用的比较广泛的被动阻尼材料，只能改变结构的阻尼，而将ER流体复合到结构中不仅可以改变结构的阻尼，也可以改变结构的刚度。而且ER流体的阻尼变化是连续可调的，响应时间也极短，适合于实时控制。从国内外研究可以看出，通过调节外加电场的强度，梁的固有频率和耗散系数均明显增加，振动响应明显减小。但是，梁的结构材料一般选择玻璃纤维-环氧复合材料、硬橡胶、聚苯乙烯或钢、铝合金等材料，选用土木工程中最常用的混224凝土或砂浆等材料的研究文献还比较少。2.1.6凝胶纤维智能复合材料13pH响应性凝胶纤维是随pH值的变化而生产体积或形态改变的凝胶纤维，即其在水中由于pH值的不同产生可逆的收缩和溶胀，使得化学能和机械能发生相互转换。因为凝胶纤维是软的，因此可不必破坏它而加工成精巧的机械部件，如制作机械手以操作非常容易损坏的东西。有些凝胶纤维的溶胀长度变化约为80%缩响应时间不到2s，因此也可作为人工肌肉。 （1）对pH值敏感的凝胶纤维对pH值敏感的凝胶纤维是随着pH值的变化而产生智能反应(如体积变化或形态改变)的凝胶纤维14，这种智能反应是基于大分子或分子间水平的刺激而响应的15。Tanaka等认为，凝胶纤维产生这种变化的力来自三个方面：一是聚合物分子的弹力，二是聚合物分子之间的亲和力，三是离子压力。当在这三者之间达到平衡时，凝胶纤维的溶胀呈平衡状态。当这些力的平衡发生变化时，凝胶纤维就发生相变16。对pH值敏感的凝胶纤维的研究已经取得了一定的进展,在上世纪50年代，研究人员以纤维或膜的形式制成了一种PAA凝胶，它能够在水中溶胀，如果交替地加入酸和碱，凝胶纤维会发生可逆的收缩和溶胀，并将化学能转化为机械能。由于凝胶纤维的溶胀长度变化可以达到80%左右，收缩响应时间不到2s，因此可作为人工肌肉17。通过慎重选择组分和加工技术，还可合成满足多种功能的智能复合材料，例如，由凝胶纤维和分散在凝胶基质中的导电纤维(例如碳纤维)组成的复合材料。当纤维的临界体积分数较大时，体系是导电的，当对外界刺激响应使基质溶胀时，纤维的有效体积分数减小，纤维不再保持足够的接触，导致导电性突然降低。 （2）对电场敏感的凝胶纤维对电场敏感的凝胶纤维在电场力的作用下产生智能反应，电场变化使溶剂的离子浓度随之改变相应地改变了含有聚电解质凝胶溶液的pH值，进而使纤维的体积发生一定的变化。如果凝胶溶液的pH值为7，即显中性，是观察不到这种变化的。凝胶纤维首先在电场的作用下发生一定的弯曲，最终受到pH值梯度的的控制，在30V电压的作用下凝胶纤维的弯曲很慢，时间为25s，此时偏向阳极的幅度很小，4mm左右，若把凝胶纤维放入0.5mol/L的NaCl溶液中，它的体积变化相当显著，在很短的时间(5s)就能向阳极弯曲很大的幅度(10mm)，但在25s后，又向阴极弯曲7mm,，在pH值梯度形成施加在凝胶上后，纤维又向阳极弯曲。Yannas等人研究发现，如果纤维长度保持不变时，浸渍在电解质溶液中的骨胶原纤维在直流电场的作用下可以发生变形进行做功。2.2智能服装、纺织品领域 智能材料除了在产业领域展现广阔的外，在传统服装领域中的应用正在使现代服智能化迈进，具体应用主要有以下几个方面。2.2.1自动调温纺织品蓄热调温纤维能根据外界环境温度的变化做出智能反应。当外界环境温度升高时，纤维从外界环境吸收热量并储存于其内部；当外界环境的温度降低时,纤维放出自身所储存的热量，使纤维周围的小气候温度基本恒定。蓄热调温纤维内部含有一定的相变物质(PCM)，相变材料经过微胶囊化后，添加到纤维内部或涂层，由蓄热调温纤维加工成的纺织品除具有常规纺织品的静态保温作用外，还具有因相变物质吸放热所引起的动态保温作用18，制成的服装在使用过程中，身体产生的热量由PCM吸收并储存,当用过程中，身体产生的热量由PCM吸收并储存，当身体变冷时相变材料又能释放热量，使穿着者保持一个舒适的温度19。随着消费需求加大，蓄热调温纤维已逐渐应用于服装、手套、帽子、鞋袜、冬季运动衫以及汽车内装饰纺织品等。PREMIUM THERMOSTAT SUIT是AOKI和信州大学通过产业学术共同研究开的商品。运用了微胶囊温度调节技术，即使外部温度变化也能保持服装内的一定温度，不论是夏季的炎热还是冬季的严寒，用一件西装都能应对。其结构是周围温度达到25以上的话就开始吸热,，使西服温度降低2；而25以下的话开始发热，提高西服温度2。开发了具有这种机能的石蜡类树脂，并放入微型胶囊中，最后使之均一地附着在织物上而不是纱线上。由此消除了制成织物过程中会发生的问题(石蜡类树脂的溶解、胶囊的损坏)等。这一加工技术即使在干洗10次后也能维持调节温度的功能。2.2.2变色服装变色纤维是指随外界环境条件(如光、热、压力、水分等)的变化而显示不同颜色的纤维,比如光致变色纤维、热致变色纤维、电致变色纤维等。光致变色纤维具有光致变色性能，即在某一波长光线照射下产生变色，而此光线消失后又可逆地变回原来颜色。光致变色纤维的出现满足了消费者对服饰色彩新奇性、多样性、变化性的追求。(1)光致变色纤维光致变色纤维在一定波长光的照射下会发生变色，而在另一种波长光(或热)的作用下又会可逆变化到原来的颜色。越战期间，美国Cyanamide公司开发了一种可吸收光线后改变颜色的织物，这是光致变色纤维最早应用的实例20。光致变色纤维含有可逆光致变色的有机化合物，根据其变色机理不同，可划分为分子结构异构化(顺反异构化、互变异构化、原子价异构化)、分子的离子裂解(或自由基解离)和氧化还原反应四种类型。变色龙纤维电致变色的新型智能材料21将环境敏感的高分子材料聚二炔与碳纳米管形成复合纤维，通过电流刺激能迅速改变或还原颜色变色龙纤维使用在太阳能电池上，可以使沉重硕大的太阳能板像席子一样被卷起来携带。在汽车制造方面，特别是跑车，这种材料可能会取代现有的跑车塑料外壳，使跑车更轻盈，也可以节省更多的油耗，耐用、耐撞击，还更美观。变色纤维可以成为霓虹灯的好材料，还可以应用到电子安全开关、显色器、智能窗、敏感器件等多个领域。它可以随流过“身体”的电流变化而改变颜色。将PMMA芯端发光光导纤维按一定组织与普通纺织纤维交织22，使光纤织物表面组织形成图案，用小型发光二极管提供光源，通过光纤侧面发光处理，使入射光从光纤侧面透出，形成发光图案，获得可控发光织物。这种结合纺织、电子及材料等学科的可控发光织物，不仅可应用于服装，给穿着者带来新奇趣味的功能，而且可应用于家纺、装饰、安全等领域，并能进一步开发为柔性织物显示器。2.2.3形状记忆功能薄膜防水透湿织物23一部分，其市场一直显现出良好的增长前景。在过去的十多年中，人们在交互式纺织品和智能服装方面的研究与进展使我们有理由相信，有“思维”的服装离我们并不遥远。随着形状记忆聚氨酯的问世，涂层整理必将推动智能型防水透湿和舒适性的涂层整理产品的开发。日本三菱重工业公司生产的形状记忆聚氨酯智能化防水透湿织物酯及其防水透气织物Diaplex产品，其防水性能达到20,00040,000mmH2O，透湿气量达8,00012,000g/m2.24hr。Dialplex聚氨酯有许多优异性能。例如，它的软化温度能够在白天温度变化范围内随意调节。当气温低于该设定温度时，它便能回复到原先形状；组成Dialplex材料的分子会因温度变化激发起微布朗运动，当温度升高到设定温度以上时，由于激活了微布朗运动，增大了聚合物分子之间的间隙，产生微孔，水蒸气可以通过。Dialplex本身是无孔材料，但能制成理想的防水透湿纺织品，而且其透湿性可随温度的变化而变化，即可实现智能化，是理想的智能化防水透湿材料。智能化防水透湿织物利用形状记忆聚氨酯智能膜制备24的防水透湿织物，其透湿气性能能够随外界温度的变化而变化，能更好地调节人体服装内的微气候，满足服装舒适性要求，可以适合各种条件下穿着。近年来人们正在致力于开发一种新型的聚氨酯材料：调温功能聚氨酯，这种新材料除防水透气外，还兼有调温功能，穿着者即使在环境温度多变或人体发热出汗等情况下，都会感到舒适。将形状记忆聚氨酯应用于纺织品上，合理设置其温度突变的范围，就可以在不同环境下满足穿着者对舒适性的要求,从而实现智能透湿的效果。同时由于形状记忆聚氨酯为无孔膜，故可以保证良好的防水效果。目前，防水透湿织物中的PTFE复合膜25大多采用的是将聚氨酯通过溶剂挥发法涂覆在PTFE膜上，因为其工艺简单，成本较低。但是其大量使用的有毒性有机溶剂不符合工业环保要求，制约了以后更大规模的发展。因此仍处在试验状态。热熔压片法和共拉伸法生产PTFE-PU复合膜才是未来的工业生产趋势。磺化的芳香族聚合物-聚四氟乙烯复合膜是戈尔公司一个新的尝试方向。随着防水透湿性织物的广泛使用，将会研究出越来越多种其他的亲水层与PTFE复合,以适用更多功能的商品需求。2.2.4智能抗菌织物为了保护人体不受细菌、霉菌、微生物、扁虱等的侵袭，多对纤维进行加工来达到抗菌、杀菌、防虱、防霉等功效。当细菌接近抗菌加工后的纤维时，具有破坏细胞膜作用的四级氨盐浸入到细胞内，与细胞核内的脱氧核糖核酸或RNA结合生成抗菌、杀菌的Ag+、Zn2+、Cu2+等金属离子。生物体内的白血球，让髓过氧化物(MPO)的血红素蛋白质氧化产生过氧化氢、羟基、次亚氯酸离子、超氧化自由基等，这即为攻杀细菌的智能分子系统26 。美国Nylstar公司新近制造出了一种智能聚酞胺纤维，通过将抗菌剂包藏在纤维内部，保障了纤维的耐久性和安全性，可以耐30次洗涤。这种纤维区别于一般抗菌纤维之处在于无论是轻微活动时还是剧烈运动时，它既不让细菌任意繁衍，也不杀死全部细菌,控制皮肤表而细菌的数量维持在正常水平。这种抗菌尼龙66纤维己经通过了美国的口腔、皮肤和眼睛接触检测,获准推广使用，预计可以用于体育运动服装、内衣、袜子、鞋衬、医疗用布和产业用布等。甲壳素纤维27是一种天然可再生纤维，原料资抓丰富，此纤维制成的纺织品具有优良的抗菌防臭功能和穿着舒适性，无静电且无菌无毒，并具有生物活性。生物降解性，符合新世纪绿色纺织品的发展趋势，是一种非常有市场前景的卫生保健纺织品随着现代科学技术的飞速发展,天然抗菌纤维的应用范围会越来越广泛，特别是日常生活医用等方面。抗菌纺织品是一种功能性的纺织品，发展前景乐观。特别是伴随着生存环境的恶化，各种疾病的肆虐，抗菌纺织品的应用将会越来越广。将纳米科技与纤维制造有机的结合起来28，将抗菌性纳米粉体及防止纤维色变的抗氧化剂聚合物粉末在马克混合机内混合，制成腈纶纺丝原液，并解决了纳米粉体在纺丝液中的稳定问题，从而得到纳米抗菌腈纶纤维。2.2.5热适应性与可逆收缩性材料 Vigo等将聚乙二醇与各种纤维，如棉、聚酯或聚酰胺共混物结合，具有热适应性与可逆收缩性。所谓热适应性是指温度升高时纤维冷却，温度降低时纤维发热的热记忆效应，这主要源于结合在纤维上的相邻多元醇螺旋间氢键的作用：温度升高时，氢键解离，系统趋于无序，线团松弛，过程吸热：温度降低时，氢键使系统更为有序，线团压缩，过程放热。所谓可逆收缩性是指湿态时收缩(收缩率可达35)，干态时恢复到原始尺寸的形状记忆功能。2.2.6导电纤维智能织物 美国发明了聚吡咯涂层纤维技术，通过气相沉积或溶液聚合的方法，将导电的聚吡咯涂覆在纤维表面制成织物传感器，利用聚吡咯分子链上的掺杂物质变化引起纤维导电信号变化的特点，直接用于氨和酸的探测。意大利Pisa大学将聚吡咯涂覆在莱卡表面制成织物，该织物在受到外力拉伸后产生伸缩，聚吡咯的导电性能产生变化，记录和分析电信号的变化，可探测出手指的拉伸运动情况。 （1）抗静电纺织品在工业生产中，静电危害所造成的后果已不仅仅限于安全问题，静电可造成电子元件损坏，静电放电造成的频谱干扰危害是导致电子设备运转故障的直接原因之一。采用在普通织物中加入导电纤维的方法赋予织物导电性能，从而使织物上积蓄的电荷能尽快释放掉，可有效地防止静电局部蓄积。自DuPont公司于上世纪50年代推出Nomex这种在干燥条件下也能抗静电的纤维后，导电纤维在抗静电工作服方面起着越来越重要的作用。2002年，美国WLGore&Associates公司推出了Gore2 Tex抗静电工作服，这种工作服主要用于石化工业，不同于以往将导电纤维织入普通织物的方法，这种抗静电工作服采用纳米导电碳颗粒制成的碳纤维直接压膜制成导电基材，并由表层织物覆盖导电基材薄膜对其进行防护的材料，提高了抗静电效果，也避免了导电碳颗粒纤维直接织制后由于摩擦洗涤等原因而脱落，Gore2 Tex抗静电工作服获得了该年度的DuPont Plunkett奖。 （2）电磁波屏蔽纺织品通过特定的工艺在普通纤维中按一定比例纺入导电纤维织成的织物，当有电磁波辐射到织物表面时，织物中均匀分布的导电纤维作为导电介质能将电磁波转化或传递出去，从而实现屏蔽。利用导电纤维对电磁波的屏蔽性，可将其用于制作精密电子元件、高频焊接机等电磁波屏蔽罩，制作有特殊要求的房屋的墙壁、天花板等吸收无线电波的贴墙布等。日本应用表面敷铜的导电纤维混纺或制成非织造布，现已大量用于电磁波屏蔽和吸收材料，如作轮船的电磁波吸收罩等。（3）传感器纺织品柔韧的导电纤维应用电子传感器的原理制成的传感器纺织品，具有轻便易携带等优点，在各个领域都有广泛的应用。日本太阳工业公司用碳纤维开发了检测最大应变的传感器，可用于建筑物、道路、工厂、飞机、索道等结构的安全诊断。Textronics公司于2005年研发的智能运动服装将传感器织入服装面料，通过传感器监测穿着者的心率等健康状态并将信息传送到位于服装上的转换器中达到实时监测的目的。2008年8月该公司又研发了新一代的升级版智能配套元件Textronics Developers Kit，这一配套元件采用弹性导电织物做电极的传感器，能够通过更为舒适的方式进行系统的健康监测。智能传感服装将纺织品的舒适性与传感器技术进行了有机的结合。（4）军工纺织品未来的战争将是高技术条件下的信息化战争。在这样的战争中，作战节奏快、攻防转换频繁，战场态势瞬息万变，传统的士兵作战装备显得严重落后。要提高现代战场中士兵的综合作战能力就必须提高士兵获取、处理、传递信息的能力，使士兵对战场态势的了解达到较高的水平，采用导电纤维制成的信息化服装恰好切合了这一要求。大部分导电纤维对电、热敏感,导电纤维织制成的织物能防止热成像设备的侦察，由此可制成单兵热成像防护服。导电纤维与树脂、橡胶等低介电基体复合可制成电磁波吸收材料。该材料能够吸收雷达波，躲避雷达的跟踪，实现武器装备“隐身”的目的30。美国研制的变色军服就是在织物中加入了导电纤维构成导通电路，通过控制温度使军服中热变色油墨发生变化，从而使军服颜色根据外界环境色作出相应的变化，成为一种环境反应性伪装色。2.2.7形状记忆智能服装 英国研制了一种防烫伤服装，其原理是先将NiTi形状记忆合金纤维加工成宝塔螺旋弹簧状，而后加工成平面状，再固定复合在服装面料中。当服装面料表面接触高温时，NiTi纤维的形变被引发，纤维立即由平面状变为宝塔状，使两层织物之间形成较大的空腔，避免高温接触人体皮肤，防止皮肤被烫伤。此外，意大利一家公司也利用尼龙NiTi合金纤维织造开发了一种衬衣，它无需熨烫，当四周温度升高时，其袖子即可变短，即当人感到热时，袖子会自动卷起。2.2.8智能宇航服 宇航服里层是薄壁塑料管，内有循环水沿人体表面流动，使宇航员免遭高温的影响，内衬为轻盈舒适的尼龙面料。中间是3层结构的气密限制层，提供宇航员适当的气压。外层是一个5层结构的隔热层，由一系列屏蔽材料组成，能防止宇航员在舱外活动时过冷或过热。最外层涂敷阻燃耐磨的防护层，保护其它各层不受磨损和各种不利因素对人体的伤害。背包是生命保障系统，包括氧气、水、各种装备等。 2.2.9军用智能纺织品 智能化作战服能抵御武器、自然环境、化学试剂、火焰和其它战场灾难的侵害。作战服上嵌有生化感应器可监视穿着士兵的心率、血压和体表温度等多项指标；嵌有超微感应器可辨别体表的出血部位，并使该部位周围的军服膨胀收缩，起到止血的功能；作战服中埋入的微电脑具有通讯功能，使远程治疗成为可能。智能降落伞在跳伞士兵火去控制时，能够自动打开，并根据检测到的空中和地面具体情况改变飞行方向和速度。 2.2.10电子智能纺织品电子智能纺织品包括传感器、电子和通讯设备，可以检查、储存、控制信息，并将一些测试的身体数据或功能传递到控制中心，进行数据交换。（1）多媒体智能夹克德国著名英飞凌公司研制了一种新型的智能夹克，一款内置MP3播放机的夹克。这种配备蓝牙技术的夹克把MP3播放机与内置播放系统连接起来，可以播放音乐和收听广播。夹克的内置系统包括CPU、存储器等，衣料内埋有光纤，衣服上植有软触式控制器，衣领部位植有微型麦克风和立体声耳机。光纤能连接随身携带的电子产品，软触式控制器实现MP3播放机的控制，麦克风和耳机则可与外界对话和收听广播，从而形成一个简易的网络系统。（2）定位智能服装欧洲的Hewlett packard实验室开发出一种定位系统智能服装。这种服装配有个人局域网、全球定位系统、电子指南针及速度检测器。衣服中的个人局域网有数据传输、功率和控制信号等功能，可以联入几个装置，它们通过一个配有小型显示器的遥控设备进行集中控制，小型显示器可以置于衣袖上或佩戴在头上。儿童或老年痴呆病人穿上后，若不慎走失可容易找到。（3）传感器监测服装光纤传感器是一种可以探测到应变、温度、电流、磁场等信号的纤维传感器。美国Georgia理工学院的研究人员将光纤传感器植入衬衣来探测心率的变化，并根据光纤断裂后输出信号的变化，来判断士兵受伤的部位和程度，该衬衣用于儿童和病人的日常监护也有很好的前景。此外研究人员研制出一种有毒介质探测织物，该织物是在其中嵌入一些光导纤维传感器，当传感器接触到某些气体、电磁能、生物化学或其他有毒介质时，被激发产生一种报警信号，提醒暴露在有毒气体中的穿着者，以及提高战士在战场上的生存能力。这些精明的纺织品可制作消防人员、有毒物质工作者的保护性服装。3前景展望高新技术、信息技术与纺织品相结合，将促进纺织品的升级换代，智能纺织品将会成为新世纪纺织品竞争的焦点之一。未来的智能纺织品将向以下几个方向发展。（1）多功能化由于技术水平的局限性，目前大部分智能纺织品的功能过于单一。随着科技的发展，智能纺织品将趋于多功能化,如同时包含形状记忆、生理监测、全球定位及音乐播放等功能。（2）低成本化未来的智能纺织品将具备低成本的组合技术，那样，智能纺织品的价格才能被普通消费者接受，才能有更广阔的市场。（3）易于穿着智能纺织品将会与普通纺织品一样穿着舒适，可随意折叠、 洗涤和进行各种整理，同时各种电子产品直接嵌入面料中，使智能纺织品与普通纺织品看起来没什么两样。（4）美观智能化的纺织品，尤其是针对普通消费者的纺织品，不仅要有强大的功能性，还要符合美学的要求，符合时尚的要求。这就需要将时尚与科技结合到纺织品中。（5）绿色环保智能纺织品不仅要求对身体没有危害，如一些电子纺织品可能产生电磁波辐射，还要求生产过程无污染，节约能源,绿色环保。这也是未来智能纺织品必须解决的一个问题。4结束语智能纤维是高技术与传统的纺织技术有效结合的产物，有着广阔的市场前景，在服装、建筑、军事等方面都有很大的应用潜力，许多新的品种尚在开发中。目前的研究主要集中在智能生物材料、关键工程结构材料的智能化、多功能材料智能化三个方面。21世纪已进入智能材料时代，各种功能纤维智能织物必将取代传统的服装面料，未来属于智能材料世界。参考文献1史永基，曹慧敏，叶芳，刘刚田，智能材料和智能结构形状记忆材料J.感器世界，2010.92董晓马，张为公.光纤智能复合材料的研究及其应用前景A.测控技术.2004.10:3-53陈伟，白燕，朱家强，孟丽红.碳纤维复合材料在体育器材上的应用A.产业用纺织品,2011.8:35-38.4阎石，马禄哲.CFRP加固混凝土结构剥离损伤识别试验研究A.土木工程与管理学报,2011.9,28（3）:69-74.5刘明喆，王晓骥碳纤维布加固混凝土结构的原理与旋工技术探讨J科技信息，2009(2):2456严刚基于应力波和时频分析的复合材料结构损伤监测和识别D南京:南京航空航天大学，20057阎石.智能材料在土木工