智能材料行業(yè)發(fā)展機(jī)遇深度調(diào)研分析2024

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智能材料是由多種材料組元通過(guò)有機(jī)緊密復(fù)合或嚴(yán)格的科學(xué)組裝而構(gòu)成的材料系統(tǒng)，具備感知、驅(qū)動(dòng)和控制三大基本功能要素。智能材料能夠?qū)Νh(huán)境條件及內(nèi)部狀態(tài)的變化做出精準(zhǔn)、高效、適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，同時(shí)還具備傳感功能、信息存儲(chǔ)功能、反饋功能、響應(yīng)功能、自診斷功能和自修復(fù)

一、智能材料概述

智能材料(Intelligent material)，是自20世紀(jì)90年代開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)的一類新型功能材料，其集仿生、納米技術(shù)及新材料科學(xué)于一身，被稱為繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料之后的第四代材料。

智能材料是由多種材料組元通過(guò)有機(jī)緊密復(fù)合或嚴(yán)格的科學(xué)組裝而構(gòu)成的材料系統(tǒng)，具備感知、驅(qū)動(dòng)和控制三大基本功能要素。智能材料能夠?qū)Νh(huán)境條件及內(nèi)部狀態(tài)的變化做出精準(zhǔn)、高效、適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，同時(shí)還具備傳感功能、信息存儲(chǔ)功能、反饋功能、響應(yīng)功能、自診斷功能和自修復(fù)能力等特征?？茖W(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。

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)材料之間的界線逐漸消失，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化。

智能材料可分為兩類:嵌入式智能材料，也稱為智能材料結(jié)構(gòu)或智能材料系統(tǒng)。在基材中嵌入了三種具有傳感、作用和加工功能的原始材料。傳感器采集并檢測(cè)外界環(huán)境給出的信息，控制處理器命令并激勵(lì)驅(qū)動(dòng)元件執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作;一些材料微結(jié)構(gòu)具有自身的智能功能，可以隨著環(huán)境和時(shí)間的變化而改變其性質(zhì)，如自濾光玻璃、輻照時(shí)具有自衰減的Inp半導(dǎo)體等。

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。

二、智能材料行業(yè)市場(chǎng)分析

與傳統(tǒng)材料不同，智能材料不僅僅以單一的材料形式存在，而是以某一智能化體系方式存在。由此給出智能材料的定義是：由多種材料組元通過(guò)有機(jī)緊密復(fù)合或嚴(yán)格的科學(xué)組裝而構(gòu)成的材料系統(tǒng)。

智能材料擁有很多普通材料不具備的特殊功能，現(xiàn)已逐步成為研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)，并且在物理、化學(xué)、電子、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近些年來(lái)，形狀記憶材料、自修復(fù)材料、光熱敏感材料、壓電材料等引起了人們的廣泛關(guān)注。

智能材料是第四代材料，面向智能材料的先進(jìn)制造會(huì)為智能材料發(fā)展提供新的途徑。例如，4D 打印技術(shù)是將3D 打印技術(shù)和智能結(jié)構(gòu)結(jié)合的新興制造技術(shù)，其第四維度具備和感知材料相同的特性，即感知應(yīng)力、應(yīng)變、熱、光、電、磁、化學(xué)和輻射等外界刺激，并據(jù)此做出相應(yīng)的響應(yīng)。該技術(shù)使得智能材料的制造具有更為廣闊的前景。

感知材料對(duì)外界的刺激具有感知作用，可用于制造傳感器，其可感知外界環(huán)境刺激并以此進(jìn)行信息采集。感知材料種類繁多，包括電感材料、光敏材料、濕敏材料、熱敏材料、氣敏材料、光導(dǎo)纖維、聲發(fā)射材料、形狀記憶材料、磁致伸縮材料、壓電材料、電阻應(yīng)變材料等。

響應(yīng)/ 驅(qū)動(dòng)材料可對(duì)外界環(huán)境條件或內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生的變化做出響應(yīng)或驅(qū)動(dòng)，可用于制造執(zhí)行器。智能系統(tǒng)的執(zhí)行器類似于生物體的肌肉，它在外界或內(nèi)部狀態(tài)變化時(shí)做出相應(yīng)的響應(yīng)，這種響應(yīng)可以表現(xiàn)在力、位移、顏色、頻率、數(shù)碼顯示、信息存儲(chǔ)等各方面?？捎米鲌?zhí)行器的材料包括形狀記憶材料、壓電材料、電流變體、磁流變體、磁致伸縮材料、電致伸縮材料和某些智能高分子材料。

智能材料已在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的人造肌肉、人造皮膚、藥物智能系統(tǒng)等的應(yīng)用;在軍事領(lǐng)域領(lǐng)域的飛機(jī)智能蒙皮、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)、減振降噪、環(huán)境自適應(yīng)結(jié)構(gòu)智能材料等等，在此不再一一列舉，隨著人類對(duì)智能化需求程度的提高，智能材料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗟耐貙挕?/p>

形狀記憶合金(SMA)是一種具有“記憶”效應(yīng)的合金，其可以在加熱升溫后完全消除在較低溫度下發(fā)生的變形，恢復(fù)變形前的原始形狀。

2016年，受鐵定甲蟲(chóng)擁有強(qiáng)壯的外骨骼啟發(fā)，英國(guó)BAE系統(tǒng)公司開(kāi)發(fā)出一種新型車用懸掛系統(tǒng)，該懸掛系統(tǒng)采用鎳鈦記憶合金制成，可保護(hù)軍用車輛免受爆炸等惡劣作戰(zhàn)環(huán)境的影響。

2017年，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)成功研發(fā)出使用記憶合金制成的免充氣輪胎。這種記憶合金可以實(shí)現(xiàn)在變形30%的情況下卻不發(fā)生永久變形或者損壞，不會(huì)像充氣輪胎一樣存在泄氣或者爆胎的風(fēng)險(xiǎn)。

智能材料最著名的例子之一是形狀記憶合金(SMA)，它是一種金屬材料，可以根據(jù)溫度變化改變其形狀。

智能材料的另一個(gè)例子包括壓電材料，其響應(yīng)施加的機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生電荷。智能材料具有廣泛的潛在應(yīng)用，包括航空航天、汽車、機(jī)器人、制造和生物醫(yī)學(xué)工程。

目前，智能材料的研究和應(yīng)用取得了重大突破，其發(fā)展前景非常廣闊，但隨著各行業(yè)的迅猛發(fā)展，必將對(duì)智能材料的性能提出更高的要求，從而推動(dòng)智能材料向更高層次發(fā)展。

值得關(guān)注的是，智能材料在航空航天和國(guó)防工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)顯示，到2025年，這兩個(gè)行業(yè)將成為推動(dòng)全球智能材料市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到982億美元的關(guān)鍵。

三、未來(lái)智能材料發(fā)展分析

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?？茖W(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。

當(dāng)前，日本、美國(guó)、歐洲等智能材料發(fā)展始終處于世界的前列。Smart Material、美國(guó)冶聯(lián)科技、Johnson Matthey、富士陶瓷株式會(huì)社、株式會(huì)社村田制作所、新日本制鐵公司、LORD、Edge Technologies、Feredyn AB、日本住友輕金屬工業(yè)株式會(huì)社等公司，長(zhǎng)期壟斷全球智能材料前端技術(shù)的第一方陣。

與國(guó)外先進(jìn)水平相比，我國(guó)智能材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于起步階段，產(chǎn)業(yè)離大規(guī)模實(shí)用化、商品化尚有一段距離。一方面，國(guó)內(nèi)智能材料主要零散分布于功能材料產(chǎn)業(yè)或結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)之中，智能材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展不足、市場(chǎng)影響力較弱。另一方面，國(guó)內(nèi)智能材料領(lǐng)域缺乏具有行業(yè)影響力的龍頭企業(yè)。目前，國(guó)內(nèi)紫光股份、樂(lè)普醫(yī)療、有研硅股、先鋒新材、安泰科技、時(shí)代新材、冠昊生物等上市公司雖然涉足智能材料領(lǐng)域，但都是以兼營(yíng)為主，智能材料只占其較小的市場(chǎng)份額，龍頭企業(yè)影響力和引領(lǐng)作用不明顯。

智能材料是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，它使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料的關(guān)系更加緊密，未來(lái)智能材料的發(fā)展趨勢(shì)為更加高性能化、多功能化、復(fù)合化、精細(xì)化和智能化。

中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報(bào)告《2023-2028年中國(guó)智能材料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局分析及發(fā)展前景研究報(bào)告》分析了行業(yè)發(fā)展軌跡，并預(yù)測(cè)出最終行業(yè)走向何處以及哪些點(diǎn)會(huì)大概率成為行業(yè)二次增長(zhǎng)點(diǎn)。這樣企業(yè)能夠了解行業(yè)的最新發(fā)展動(dòng)向，規(guī)避企業(yè)發(fā)展過(guò)程危險(xiǎn)，抓住快速發(fā)展的機(jī)會(huì)，明確企業(yè)最終發(fā)展目標(biāo)，幫助企業(yè)少走彎路。

未來(lái)，欲了解更多關(guān)于智能材料行業(yè)的市場(chǎng)數(shù)據(jù)及未來(lái)行業(yè)投資前景，可以點(diǎn)擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報(bào)告《2023-2028年中國(guó)智能材料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局分析及發(fā)展前景研究報(bào)告》。

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