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[交流]
智能材料對(duì)傳感器發(fā)展的推動(dòng)
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“智能材料”（又可稱為“敏感材料”）是指具有感知環(huán)境（包括內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境）刺激，對(duì)之進(jìn)行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進(jìn)行適度響應(yīng)的智能特征的材料。具體而言，它具有感知功能，能夠檢測(cè)并且可以識(shí)別外界(或者內(nèi)部)的刺激強(qiáng)度，如電、光、熱、應(yīng)力、應(yīng)變、ph值、振動(dòng)、濕度等；能夠快速、及時(shí)響應(yīng)外界的變化，并按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)，當(dāng)外部刺激消除后，能夠迅速恢復(fù)到原始狀態(tài)。以上這些特性滿足了如今人們對(duì)傳感器的要求，并克服了傳統(tǒng)材料的局限性。 通過(guò)聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)、控制、感應(yīng)和交流等不同技術(shù)，使材料在復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)備環(huán)境中發(fā)生改變，并與周圍環(huán)境建立感知關(guān)系，從而獲得傳輸數(shù)據(jù)。這聽(tīng)起來(lái)像是天方夜譚，但實(shí)際上，這已成為現(xiàn)實(shí)。 您是否想象得到每天晚上穿的睡衣可以監(jiān)測(cè)您睡眠時(shí)的健康狀態(tài)，甚至可以控制您的心跳和呼吸頻率？ 您是否能想象一個(gè)簡(jiǎn)單粘貼在身上的膏藥貼可以監(jiān)測(cè)患者的健康情況，并通過(guò)無(wú)線技術(shù)來(lái)傳輸患者的醫(yī)療參數(shù)？ 事實(shí)是，它們真的實(shí)現(xiàn)了！ 但是，這場(chǎng)技術(shù)革命成功的背后是什么呢？這種新型智能材料相較于傳統(tǒng)材料而言，品質(zhì)更好，且在溫度、壓力和振感方面的特性可以滿足電流傳感器的需求。 這類新型材料不僅可以捕獲和中繼信息，還能對(duì)周圍環(huán)境的變化做出反應(yīng)，并按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這些材料不僅智能，而且很活躍。 智能材料在傳感器開(kāi)發(fā)和優(yōu)化中的作用 人們所說(shuō)的“智能”領(lǐng)域，指的是部署了“智能”設(shè)備的區(qū)域，比如無(wú)線數(shù)字心電圖儀（ecg）和無(wú)線血壓計(jì)。 這些設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步在數(shù)字領(lǐng)域表現(xiàn)得尤為明顯：比如計(jì)算領(lǐng)域、后臺(tái)自動(dòng)傳輸領(lǐng)域和更智能的電腦系統(tǒng)等。 在這一進(jìn)步的背后隱藏著材料科學(xué)的飛速發(fā)展與進(jìn)步：智能材料的出現(xiàn)。研究人員通過(guò)對(duì)材料的分析研究、設(shè)計(jì)，以及他們獨(dú)創(chuàng)性的思維使得開(kāi)發(fā)這類敏感材料成為可能，這些材料會(huì)根據(jù)外界刺激做出反應(yīng)，并改變其特性，從而探測(cè)周圍環(huán)境的變化。這些屬性的變化形成了傳感器的輸入數(shù)據(jù)，因此，這類材料也成了傳感器的基石。 那么，這種獨(dú)創(chuàng)性帶來(lái)了什么呢？答案是傳感器自主化。當(dāng)然了，傳感器需要電能的支持，以便處理和傳輸信息。智能材料可以做到這一點(diǎn)。實(shí)際上，在大多數(shù)的情況下，傳感器的能耗很低，這些材料可以響應(yīng)刺激而產(chǎn)生電能，從而幫助傳感器錄入數(shù)據(jù)，并提供電能。 那么，哪些是智能材料呢？ 簡(jiǎn)而言之，智能材料是指根據(jù)環(huán)境條件進(jìn)行自適應(yīng)的材料，這是一種籠統(tǒng)的說(shuō)法，并未就材料類型進(jìn)行分類，若按類型分類可以分為： 聚合/復(fù)合材料 壓電材料 磁阻材料 電致伸縮材料 形變記憶材料 以上所有材料的共性是適應(yīng)性和可變性。迄今為止，壓電材料仍是傳感器中應(yīng)用最廣泛的材料。它是一種受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。 根據(jù)idtechex發(fā)布的《傳感器技術(shù)和市場(chǎng)趨勢(shì)-2020版》中顯示，壓電材料符合傳感器的需要：自供電、無(wú)毒、抗菌，并且可用于穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。因此，壓電材料是一種可滿足多方面應(yīng)用的設(shè)備/材料。 壓電材料分為兩大類：天然材料(如羅謝爾鹽、石英和黃玉)和合成材料(如pzt和pvdf)。 合成壓電材料的出現(xiàn)是為了使其性能適應(yīng)相應(yīng)應(yīng)用的需要，如性能、尺寸和抗失效能力等。 智能材料的發(fā)展，不僅促進(jìn)了研究人員和開(kāi)發(fā)人員之間的相互競(jìng)爭(zhēng)，還創(chuàng)建了從原子級(jí)到宏觀級(jí)的定制模擬和合成工具。 這些工具的出現(xiàn)得益于化學(xué)和生物學(xué)方面納米技術(shù)的發(fā)展，如掃描隧道顯微鏡(stm)或原子力顯微鏡(afm)。借助它們，可以實(shí)現(xiàn)原子或分子的自由排列組合。 其他則來(lái)自微處理器的出現(xiàn)，如光學(xué)光刻機(jī)，它可以生產(chǎn)用于集成設(shè)備的薄材料層。這種材料的微小化，可以讓傳感器更小、更輕、更精密。所有這些都為未來(lái)生產(chǎn)更多種類的智能材料鋪平了道路。 超越制造：制造傳感器的挑戰(zhàn) 除了用智能材料生產(chǎn)傳感器的挑戰(zhàn)外，實(shí)現(xiàn)方案也存在挑戰(zhàn)。不同的傳感器都有著不同的要求，而每種材料都有其特性。這就需要開(kāi)發(fā)一種特定的電子設(shè)備，使它們彼此匹配。 為了能讓傳感器彼此匹配，使用可靠的特性監(jiān)測(cè)和模擬工具進(jìn)行適配測(cè)試是極為重要的。只有這樣，才能設(shè)計(jì)出低能耗、能管理和傳輸數(shù)據(jù)的電子傳感器。 在縮小尺寸和減輕重量的情況下，必須使用無(wú)塵室技術(shù)和工藝來(lái)將材料集成到產(chǎn)品上，例如微機(jī)電系統(tǒng)(mems)。每個(gè)芯片都有不同的要求，因此必須逐步了解其開(kāi)發(fā)過(guò)程，并突破挑戰(zhàn)。 下一步：智能材料的未來(lái) 智能材料的時(shí)代才剛剛開(kāi)始，從上面的技術(shù)發(fā)展和演變，我們可以期望，在不久的將來(lái)植入芯片能夠替代我們體內(nèi)衰竭的器官，如模擬聽(tīng)覺(jué)、心臟起搏器和人工視網(wǎng)膜。 也許有一天，智能藥丸可以置于我們身體的特定部位，以診斷和治療體內(nèi)疾病，而不用進(jìn)行外科手術(shù)。 在Matmatch尋找更多材料 |
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longwave2樓
2020-08-21 17:09
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tzynew3樓
2020-08-21 17:15
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nono20094樓
2020-08-21 21:57
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zengmr5樓
2020-08-22 08:24
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2020-09-12 18:02
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李鵬347樓
2020-09-19 19:06
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江南的竹8樓
2021-03-01 18:13
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2021-03-02 20:04
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