2.5 智能材料

智能材料结构又称机敏结构（Smart/Intelligent Material and Structure），在外界环境刺激下，如电磁场、温度场、湿度、光、pH值等，可将传感、控制和驱动三种功能集于一身，完成相应的反应。智能材料结构具有模仿生物体的自增值性、自修复性、自诊断性、自学习型和环境适应性。

智能材料分类方式繁多，根据功能及组成成分的不同，可大体分为：电活性聚合物、形状记忆材料、压电材料、电磁流变体、磁致伸缩材料等。智能材料结构在众多领域有着重要应用，如航空航天飞行器、智能机器人、生物医疗器械、能量回收、结构健康监测、减震降噪等领域。

然而，由于智能材料制造工艺的复杂性，传统智能材料制造方法只能制造简单形状的智能材料，难以制造复杂形状的智能材料结构，智能材料的传统制备方法严重限制了智能材料结构的发展与应用。最近发展的智能材料3D打印技术使制造任意复杂形状的智能材料结构成为可能，最新提出的4D打印技术将3D打印技术与智能材料结构结合起来，智能材料结构在3D打印基础上在外界环境激励下随着时间实现自身的结构变化。

3D打印电活性聚合物材料：电活性聚合物材料（EAP）是一类在电场激励下可以产生大幅度尺寸或形状变化的新型柔性功能材料，是智能材料的一个重要分支。离子聚合物-金属复合材料（IPMC）、Bucky Gel和介电弹性材料（DE）分别是EAP的典型代表。制造三维复杂形状电活性聚合物结构是该领域的重要研究课题。

Bucky Gel是最新研究发展的一种离子型电活性聚合物智能材料。Bucky Gel的组成和驱动传感原理类似于IPMC。Bucky Gel由三层结构组成，中间基体材料为由聚合物和离子液体构成的电解质层，基体材料两边为由碳纳米管、聚合物和离子液体构成的电极材料，在两侧电极加载电压时，离子液体中的阴阳离子向两个电极移动，引起Bucky Gel的弯曲。传统Bucky Gel的制备常采用溶液铸膜法，分层分别固化电极和基体层，制备出的Bucky Gel大多为片状，难以制备复杂形状的Bucky Gel。N.Kamamichi于2008年提出用3D打印技术制造Bucky Gel，利用3D打印技术逐点累加固化电极—基体材料—电极，可以制备任意复杂形状的Bucky Gel。利用3D打印技术可以克服传统制备方法的缺陷，制造任意形状Bucky Gel智能材料结构。该课题组利用3D打印技术制造手形状的Bucky Gel。

形状记忆材料：包括形状记忆合金（SMA）、形状记忆胶体（SMG）、形状记忆聚合物（SMP）等。形状记忆材料最大的特点是具有形状记忆效应，将其在高温下进行定型，在低温或常温下使其产生塑性变形，当环境温度升至临界温度时，变形消失并恢复到定型的原始状态。这种加热后又恢复的现象称作形状记忆效应。