材料科學(xué)發(fā)展應(yīng)用前景廣闊 2021智能材料全球研發(fā)投資及市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

• 2021年3月4日 WuYaNan來(lái)源：中研網(wǎng) 866 53
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大力發(fā)展形狀記憶合金、自修復(fù)材料等智能材料，石墨烯、超材料等納米功能材料，超材料已經(jīng)正式上升為國(guó)家戰(zhàn)略。未來(lái)我國(guó)對(duì)智能材料的研發(fā)及投資力度加大，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。到2022年全球智能材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)726億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率14.9%。

在這個(gè)新材料層出不窮的時(shí)代，智能材料可謂獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，智能材料是二十世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型復(fù)合材料.智能材料目前還沒(méi)有統(tǒng)一的定義,不過(guò),現(xiàn)有的智能材料的多種定義仍然是大同小異。大體來(lái)說(shuō),智能材料就是指具有感知環(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。

智能材料的行為與生命體的智能反應(yīng)有點(diǎn)類(lèi)似。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，太陽(yáng)鏡片中就含有某種材料，這種智能材料能感知周?chē)墓?，并能?duì)光的強(qiáng)弱做出判斷：當(dāng)周?chē)墓夂軓?qiáng)時(shí)，它就自行變暗;當(dāng)光較弱時(shí)，它又變得透明起來(lái)。

智能材料(Intelligent material)，是一種新型功能材料。智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來(lái)高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線(xiàn)逐漸消失，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化。

在飛機(jī)制造方面，科學(xué)家正在研制具有如下功能的智能材料。當(dāng)飛機(jī)在飛行中遇到湍流或猛烈的逆風(fēng)時(shí)，機(jī)翼中的智能材料能迅速變形，并帶動(dòng)機(jī)翼改變形狀，從而消除湍流或逆風(fēng)的影響，使飛機(jī)仍能平穩(wěn)飛行。這方面的研究還未獲得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。此外，還有人設(shè)想用智能材料制成涂料，涂在機(jī)身和機(jī)翼上，當(dāng)機(jī)身或機(jī)翼內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力時(shí)，涂料會(huì)改變顏色，以此報(bào)警。

超分子化學(xué)的日益發(fā)展，使得人們開(kāi)始從傳統(tǒng)的聚合物的開(kāi)發(fā)與合成提出更新的觀念。由于超分子體系可以形成高度有序的功能組裝體，并可在一定條件下進(jìn)行解組裝行為，這就為人們制備動(dòng)態(tài)的超分子材料提供了基礎(chǔ)。近年來(lái)，由于氫鍵作用對(duì)聚合物的性質(zhì)，尤其表現(xiàn)在熱力學(xué)、力學(xué)、微觀自組裝及結(jié)晶行為等具有重大影響，含氫鍵超分子聚合物的設(shè)計(jì)越來(lái)越受到了廣泛的關(guān)注。目前很多超分子材料具有生物相容性，可以作為藥物緩釋材料，細(xì)胞培養(yǎng)支架等智能材料使用，例如，超分子水凝膠化合物以低濃度在水溶液中通過(guò)非共價(jià)相互作用自組裝形成的凝聚體系，因其環(huán)境敏感性、低免疫原性及低細(xì)胞毒性而廣受關(guān)注。另外，根據(jù)超分子材料的特性，我們還可以應(yīng)用于3D打印，通過(guò)其與生物相容性極好的PCL(聚己內(nèi)酯)或PLA(聚乳酸)結(jié)合，可以更廣泛的應(yīng)用于骨骼如股骨頭等的替代以及一些體內(nèi)醫(yī)療支架的應(yīng)用。

科學(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。一般說(shuō)來(lái)，智能材料有七大功能，即傳感功能、反饋功能、信息識(shí)別與積累功能、響應(yīng)功能、自診斷能力、自修復(fù)能力和自適應(yīng)能力。

十三五規(guī)劃綱要提出：大力發(fā)展形狀記憶合金、自修復(fù)材料等智能材料，石墨烯、超材料等納米功能材料，超材料已經(jīng)正式上升為國(guó)家戰(zhàn)略。未來(lái)我國(guó)對(duì)智能材料的研發(fā)及投資力度加大，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。到2022年全球智能材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)726億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率14.9%。

在飛機(jī)制造方面，科學(xué)家正在研制具有如下功能的智能材料：當(dāng)飛機(jī)在飛行中遇到渦流或猛烈的逆風(fēng)時(shí)，機(jī)翼中的智能材料能迅速變形，并帶動(dòng)機(jī)翼改變形狀，從而消除渦流或逆風(fēng)的影響，使飛機(jī)仍能平穩(wěn)地飛行。可進(jìn)行損傷評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)的飛機(jī)自診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可自行判斷突然的結(jié)構(gòu)損傷和累積損傷，根據(jù)飛行經(jīng)歷和損傷數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的壽命，從而在保證安全的情況下，大大減少停飛檢修次數(shù)和常規(guī)維護(hù)費(fèi)用，使商業(yè)飛機(jī)能獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。此外，還有人設(shè)想用智能材料制成涂料，涂在機(jī)身和機(jī)翼上，當(dāng)機(jī)身或機(jī)翼內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力時(shí)，涂料會(huì)改變顏色，以此警告。

在醫(yī)療方面，智能材料和結(jié)構(gòu)可用來(lái)制造無(wú)需馬達(dá)控制并有觸覺(jué)響應(yīng)的假肢。這些假肢可模仿人體肌肉的平滑運(yùn)動(dòng)，利用其可控的形狀回復(fù)作用力，靈巧地抓起易碎物體，如盛滿(mǎn)水的紙杯等。藥物自動(dòng)投放系統(tǒng)也是智能材料一顯身手的領(lǐng)地。日本推出了一種能根據(jù)血液中的葡萄糖濃度而擴(kuò)張和收縮的聚合物。葡萄糖濃度低時(shí)，聚合物條帶會(huì)縮成小球，葡萄糖濃度高時(shí)，小球會(huì)伸展成帶。

中研普華研究院撰寫(xiě)的智能材料行業(yè)研究報(bào)告在總結(jié)中國(guó)行業(yè)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，結(jié)合新時(shí)期的各方面因素，對(duì)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)給予了細(xì)致和審慎的預(yù)測(cè)論證。未來(lái)智能材料行業(yè)將如何發(fā)展?請(qǐng)點(diǎn)擊查看中研普華研究院報(bào)告《2021-2026年智能材料行業(yè)深度分析及投資價(jià)值研究咨詢(xún)報(bào)告》。

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