Akıllı malzemeler, kimyasal bileşimi ve fiziksel durumu değişen
malzemeler sınıfıdır; basınç, sıcaklık, nem, pH, elektrik veya magnetik alan
gibi dış etkenlerle (uyarıcı) önemli ölçüde değişebilen bir veya daha fazla
fiziksel (optik, magnetik, elektrik, mekanik) veya fizikokimyasal (reolojik)
özelliklere sahiptirler.
Bu gruptaki malzemeler, birbirine bağlı fakat farklı
işlevleri olan (mekanik, elektriksel, magnetik,
vb.) özelliklerinden dolayı, ve bazı dış etken sensörleri gibi, veya bir
kontrol sinyali ile çalıştırıldığında belirli bir eylemi gerçekleştiren aktuatörler
gibi malzemelerin kullanılmasına izin verdiği için ‘akıllı’dır. Genel bir kural olarak, dış etkenlere tepki fonksiyonu
her iki durumda da doğrusal değildir. Bazı akıllı malzemeler, harici uyaranlara
bağımsız olarak tepki verebilir (ör. basit sıcaklık kontrol cihazlarında bi-metal
levhalar).
Sensörler veya aktuatörler gibi davranan piezoelektrik
malzemeler (alfa-kuvars, kurşun zirkonat titanat), "akıllı"
malzemeler olarak adlandırılır. Son yıllarda termoelektrikler, multiferroikler,
mangnetokalorik malzemeler, dev manyetizmagnetodirenç malzemeleri,
magnetoreolojik ve elektroreolojik akışkanlar, şekil hafızalı malzemeler,
termo- ve ışığa duyarlı polimerler bu sınıfa eklenmiştir. Dış koşullarda
(sıcaklık, çözücü bileşimi, pH) küçük bir değişiklikle hacmini (polimer
jellerinin çökmesi) yüzlerce kez değiştirebilen polimer jelleri de akıllı
malzemeler olarak kabul edilir. Belli maddelerin sorbsiyonuyla, iletken, optik
ve diğer özelliklerini önemli ölçüde değiştiren çeşitli polimer kaplamaları, çevresel
izlemede ve özellikle toksik maddelerin konsantrasyonlarını belirleyen sensör
cihazlarında kullanılır.
Tüm akıllı
malzemeler nanomalzeme değildir, ancak nanoteknolojik uygulamalarda sıklıkla
kullanılırlar. Bu nedenle, hassas konumlandırma aygıtları (özellikle taramalı
prob mikroskopi için) oluşturmak için ferroelektrik (piezoelektrik) malzemeler,
magnetoreolojik akışkanlarda yüksek dispers magnetik partiküller (nanopartiküller)
kullanır. Bir dizi nano-cihaz, piezoelektrik malzeme bazlıdır (nanoterazi, güç
üretiminde kullanılan BaTiO3 veya ZnO bir boyutlu nano-yapıları, v.s.).
Konverterleri ısıtan
‘akıllı’ yüksek frekanslı güç, herhangi bir dış kontrol olmaksızın belirli bir
seviyede ısıtmayı durdurur; nedeni, konverterlerin yüksek frekanslı bir magnetik
alan içinde kalmasıdır. Bu durum, genellikle konverter malzeme belirli bir
sıcaklık seviyesinde (Curie noktası) ferromagnetik bir halden, paramagnetik bir
hale geçtiğinde (artık bir magnetik alanda ısıtma gerekmediğinde) meydana gelir
(Şekil-2).
Şekil-1: Akıllı (smart)’ malzeme örnekleri
Şekil-2: Farklı magnetik malzeme partikülleri içeren
dispersiyonların, magnetik alanda kalma sürelerine bağlı olarak, sıcaklık değişimleri
(düz çizgi, geleneksel bir konverter içeren dispersiyonlara aittir)
