智能材料——会变形的未来材料
智能材料是一类能够对外界刺激（如温度、压力、电场、磁场、光照和pH值等）做出响应，并改变自身性能或形状的新型材料。从形状记忆合金到自修复材料，从压电材料到电致变色材料，智能材料正在为工程、医疗和消费领域带来革命性的变化。
形状记忆合金是智能材料的代表。形状记忆合金在低温下可以变形，加热到特定温度后自动恢复到原来的形状。镍钛合金是最常用的形状记忆合金，广泛应用于医疗支架、牙齿矫正器和航空航天领域。在血管介入治疗中，形状记忆合金支架可以在低温下压缩到很小的尺寸，通过导管送入血管后，在体温作用下自动展开，支撑狭窄的血管。2023年，中国科学家开发了一种新型形状记忆合金，在保持形状记忆效应的同时提高了生物相容性，在骨科植入物领域具有广阔的应用前景。
自修复材料是智能材料的重要方向。自修复材料在受到损伤后可以自动修复裂纹和破损，延长材料的使用寿命。自修复聚合物在材料中嵌入微胶囊，当裂纹扩展导致微胶囊破裂时，释放出修复剂填充裂纹并固化。自修复混凝土在混凝土中添加了含有修复剂的微胶囊或纤维，当混凝土出现裂缝时，修复剂自动释放并填补裂缝。2024年，中国科学家开发了一种基于微生物的自修复混凝土——混凝土中的微生物在裂缝出现时被激活，通过代谢作用产生碳酸钙沉淀，自动修复裂缝。自修复材料在建筑、航空和电子等领域具有重要的应用价值。
压电材料是能够将机械能转化为电能（或反之）的智能材料。当压电材料受到机械应力时，会产生电压；当施加电场时，会产生机械变形。压电材料广泛应用于传感器、执行器和能量收集装置。压电传感器可以检测微小的振动和压力变化，用于工业监测和医疗诊断。压电能量收集器可以从环境振动中收集能量，为无线传感器和可穿戴设备供电。2023年，中国科学家开发了一种柔性压电材料，可以集成到鞋垫中，从行走的步态中收集能量，为可穿戴设备供电。
电致变色材料在电场作用下可以改变颜色或透光率。电致变色玻璃在电场作用下可以在透明和不透明之间切换，用于智能窗户和汽车天窗。电致变色后视镜可以根据后方车辆的灯光强度自动调节反射率，防止眩光。2024年，中国某建筑项目大规模采用了电致变色玻璃幕墙，在夏季阻挡了70%以上的太阳辐射，降低了空调能耗。电致变色材料在显示器和可穿戴设备中也有应用前景。
磁致伸缩材料在磁场作用下可以改变形状和尺寸。磁致伸缩材料广泛应用于精密定位、主动减振和声纳系统。在精密加工中，磁致伸缩执行器可以实现纳米级的定位精度。在主动减振系统中，磁致伸缩材料可以产生与振动相反的力，抵消振动。2023年，中国科学家开发了一种新型磁致伸缩材料，在保持大应变的同时提高了响应速度，在高速精密定位领域具有重要应用价值。
智能材料的发展面临制备工艺和成本方面的挑战。智能材料的制备工艺复杂，成本较高，限制了大规模应用。智能材料的长期稳定性和可靠性需要进一步验证。智能材料的多功能集成——将多种智能响应特性集成到一种材料中——是未来的发展方向。
从被动到主动，从静态到动态，智能材料正在让材料本身变得”聪明”起来。当材料能够感知环境、响应刺激、自我修复时，工程和医疗领域将迎来全新的可能性。