李逸文

摘 要：伴隨著科技的進步，傳統(tǒng)的無機高分子材料在某些領域已經很難完成預期的目標。因此新型智能無機非金屬材料得到了廣泛的關注和研究，并且在某些方面取得了較大的進展。本文通過闡述智能無機非金屬材料在我國的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀，并結合其在實際應用中的優(yōu)缺點，對其今后的發(fā)展趨勢進行一定的展望，并為未來的研究提供一些參考。

關鍵詞：智能無機非金屬 復合高分子 材料應用 發(fā)展趨勢

引 言

隨著無機化學和材料學的快速發(fā)展，人類在新型材料的設計和合成上面取得了很大的成就。并且伴隨著現(xiàn)代生產的進步，人們對新型材料尤其是智能無機非金屬材料的需求越來越大。同時由于人們對智能材料的研究才剛剛起步，其仍有很大的研究和改進的空間。因此對這些新型智能無機非金屬材料進行研究，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

一、智能無機非金屬材料的概念

智能無機非金屬材料是指在當代先進的材料科學基礎上，通過對無機高分子材料進行深入的設計和研究，使其能夠對周邊的環(huán)境產生一定的感知，并且能夠對一些特定狀態(tài)（如形變、破損及溫度改變等）進行響應的新型材料。并且伴隨著科學家的深入研究，將一些高技術的感應元件與傳統(tǒng)高分子材料相結合，使無機的材料擁有了自己的“知覺”。進而使這些無機高分子材料能夠適應環(huán)境的改變，并做出一系列相應的調整，實現(xiàn)智能化。

二、智能無機非金屬材料在中國的發(fā)展歷程

我國的智能無機非金屬材料的研究起步較晚（從上世紀九十年代開始研究），并且在研究過程中受到國外的技術封鎖以及缺乏尖端的研究和測試設備，使我國的智能無機非金屬材料的研究和發(fā)展受到了很大的制約。經過科研人員三十多年不斷的努力和探索，我國已相繼研發(fā)出八大類、四千多小類的新型智能無機非金屬材料，并且得到了廣泛的應用。同時，我國也研發(fā)出了一整套的先進且完善的試驗和檢測設備，已經具備了對智能無機非金屬材料的攻堅能力。

三、智能無機非金屬材料在中國的研究現(xiàn)狀

（1）智能仿生材料。智能仿生材料是人們依據生物的機體特性，并通過結合當代先進的軟件控制和電子測量及集成技術，進而使某些無機非金屬材料能夠實現(xiàn)類似于生物體神經元的特性（實現(xiàn)對周圍環(huán)境的感應和傳達、判斷處理以及進行指令執(zhí)行等功能）。并且我國目前已經能夠實現(xiàn)將多種軟硬件設備集成在數十納米及數百納米厚的結構空間[1]里面，并且在環(huán)境函數的收集和處理方面實現(xiàn)了微秒級的相應，并在某些領域（如超高精密測量中的震動感應）得到了具體應用。

（2）智能陶瓷。目前我國在智能陶瓷方面的研究主要集中在氧化鋯增韌陶瓷和靈巧陶瓷方面。在對氧化鋯增韌陶瓷的研究中，通過對ZrO2 晶體[2]的研究，使陶瓷在燒成和冷卻的過程中進行相變，進而通過偏轉增韌、微裂紋增韌及相變增韌等，實現(xiàn)對陶瓷的增韌。被廣泛應用在導熱和導電率的測量、聲波傳導等領域；在靈巧陶瓷的研究領域中，通過對多層鋯鈦酸鉛進行加壓，進而使其多層結構實現(xiàn)層片間的擠壓或者舒張，進而實現(xiàn)對周圍環(huán)境的感應。因此這種靈巧陶瓷被廣泛應用在對周圍環(huán)境中的電、微波或壓力較為敏感（如磁盤中的自動尋道針頭和高速飛行器的蒙皮）的領域中。

（3）智能水泥基材料。智能水泥主要通過在高分子水泥基中摻雜一些特定物質，使水泥基能夠實現(xiàn)測溫、自損修復以及對應變力的測量等功能。例如在水泥基中摻雜0.8%的標準體積[3]的碳纖維，那么該水泥基可以實現(xiàn)對周圍拉力、折力以及應力等作用力的測量，并且在靈敏度和精準度等方面遠優(yōu)于普通的電阻式應變片。并且在自損修復水泥基的研究方面，研究人員通過參考動物的骨骼特性以及其生長和修復的方式，通過在水泥基中摻雜裝有高密度粘合劑的纖維管，實現(xiàn)對水泥裂紋的自修復。同時由于纖維管的加入，使水泥基的結構強度大大提高，并通過加入大量的傳感器，實現(xiàn)對整個水泥建筑的主動控制以及損傷修復。

四、智能無機非金屬材料在中國的未來發(fā)展趨勢

（1）復合化發(fā)展。目前我國在材料的智能化方面主要通過將無機非金屬材料與各種傳感器（如鐵電陶瓷和多片壓電式感應器）結合成復合結構，進而通過感應器的環(huán)境感應以及數據反饋，實現(xiàn)對周圍環(huán)境的響應。因此未來的研究方向應該是基于多學科（如結合力學、生物工程學、有機化學等）的復合式發(fā)展，并創(chuàng)新感應器的形式（如使用碳纖維膜的柔化[4]感應器），使無機非金屬材料的適用范圍進一步擴大，并提高其對環(huán)境的響應能力。

（2）智能化發(fā)展。在現(xiàn)階段的智能無機非金屬材料的研究中，智能材料仍然不夠“智能”：即無法獨立實現(xiàn)對周圍環(huán)境的感應、處理和指令執(zhí)行等操作。同時大部分智能材料的體積均較為龐大，各個功能間的結構較為松散，難以在部分高精尖領域中發(fā)揮應有的作用。因此智能無機非金屬材料未來的發(fā)展方向應該著力提高其智能化。

（3）經濟型發(fā)展。雖然我國在智能無機非金屬材料方面的研究取得了巨大的進展，并且得到了較為廣泛的應用。但由于這些材料所使用的工序較為繁雜，并且對生產精度的要求極高，因此其生產成本很大，難以進行全面推廣和應用。所以我國在未來應加大對智能材料的研發(fā)投入，進而降低其生產成本。

結 語

雖然我國在智能無機非金屬材料方面雖然已經取得了一系列的成就，但由于我國研發(fā)的多數產品仍處于實驗室階段，同時部分產品造價過高，生產范圍有限，不適宜批量生產。并且我國的原始創(chuàng)新能力不足，在某些核心技術方面仍嚴重依賴于國際同行。因此我國仍需要繼續(xù)加大對智能無機非金屬材料的研發(fā)力度，并為新材料的研發(fā)提供一系列的便利，進而促進我國經濟和社會發(fā)展。

參考文獻

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[4] 楊麗穎，王琦.智能無機非金屬材料[J].新材料產業(yè)，2003（05）：30-35.