实际使用的压电材料的晶体结构通常是具有对称性的，而产生压电效应的先决条件是晶体正负电荷中心不相重合，即其初始电矩不为零。压电体由若干个自发式极化方向相同的微小区域构成，该微小区域被称为“电畴”（Domain）。但是在未施加外电场（Eo=0）时，压电晶体内电畴极化方向杂乱无序地分布，宏观上并不能显现压电效应，只有在加上外电场以后（E≠0），电畴才基本上顺应了电场方向，宏观上才能显现压电效应，这被称为“预极化”。为了使晶格结构处于最低的能量稳定状态，电畴壁上通常是不积存电荷的，因此相邻电畴极化方向应该垂直或平行（或反平行，被称为180o畴壁。
美国宾州大学Newnhan教授研制成功的“类橡胶陶瓷”（Rubberlike Ceramics，亦称为“防震软陶瓷”）即是早期一种较成功的压电陶瓷智能结构。众所周知，陶瓷材料具有很多突出的优点，但其致命缺陷则是脆、硬而不能防震，类橡胶陶瓷则具有一种类似垒球接球手般柔软手感（Soft Handing）的智能用力过程，即接到一个高速抛来的垒球时，陶瓷材料能具有一种如同运动员的手接球时的反应和操作，在接球瞬间可先逐渐减小球的动量，最终达到“软接”的效果。驱动堆（Driver Stacks）由PZT压电陶瓷串联组成，当对其施加100Hz交流电场后，便能将其转换成一个具有相同频率的机械震动施加于框架结构，如果在测试卡盘（Testing Chuck）上的压力传感器检测出上述机械震动的相应电信号，然后注入反馈放大器中的移向器，再对该反馈信号进行反向调节后，输入压电依从反应堆（Compliant Responder Stacks），便可得到一个同频（100Hz）同幅反向机械震动，最终便使框架结构获得了一个无震动的效果。如果这是一个接球动作，则可使原来十分生硬的接球效果转变成像有知觉的人体那样柔软可控的程度。
该系统具有十分重要的意义，对于今后震动控制机构的设计思路具有十分重大的启发作用。正如C.A.Rogers对智能材料的定义所指出的那样，该结构实现了具有感知、执行功能，并能响应环境的变化，具有新一代材料的特质。
八、由智能材料的蓝本——“细胞”引发的仿生智能膜材
不言而喻，所谓“智能”应该是指一种具有像生物，甚至像人那样的智慧的能力。生物体能够从被动到主动直至能动地去适应和改变环境，这便引发了人们对于材料结构和设计的思考：生物体和人为什么会具有一些十分奇妙的特异功能，如兴奋、抑制、代谢、生殖以及免疫特性呢？研究发现，生物体的基本结构单元是“细胞”，而细胞又恰恰具备着交换信息、转换能量、运输物质的特质。这样人们企盼已久，从依托和模拟细胞功能入手去探索智能材料奥秘的新思路便顺理成章地产生了！1997年以来人们又提出了虚拟细胞（virtual cell，亦称电子细胞，e-cell）的概念。它是应用信息科学的原理和技术，通过数学的计算和分析，对细胞的结构和功能进行分析、整合和应用，以模拟和再现细胞和生命的现象的一门新兴学科，亦称“人工细胞学”或“人工生命学”。它不仅能模拟人体细胞结构和功能，阐明生命活动的反应和规律，了解致病的过程和机理，进行辅助诊断和治疗，而且可以用于药物设计和虚拟试验，还可以用于能源开发和利用，推动仿生科学发展。
最初仿真学的概念于1960年9月由英国材料学家正式提出，是一门将生命过程简化为数学语言，对生物现象进行电子模拟，使人造技术系统具有（或类似）生物特征的科学。当时由于侧重于“神经细胞与感官系统”的研究，取名Biology（生物学）和Electronics（电子学）组合而成的Bionics（仿生电子学），近30余年来研究内容有了扩展，在天然生物材料的基础上“杂化优势”，提出了Biomimetics（仿生学）这一术语。
新一代的纳米化学器件，是一种由小到大，即由原子、分子及其集合体向着较大尺寸，被合成为器件单元的思路加工的，这被称为“第二类制造技术”。近十余年来，从厚度为数百mm的超有机薄膜，到nm级纳米膜，特别是单（或多分子）层人工组装模，由于其结构的新颖和潜在应用前景，特别能引起人们的关注。
所谓超分子组装膜除上述人工膜而外主要还包括自装配（Self-Assemble，SA）膜及自组织（Self-Orgnization，SO）膜。他们可被定义为：在均衡条件下，通过非共价键作用，复杂分子（大部分为有机分子）自发地在液/固（或气/固）基体界面所缔结的热力学稳定的有序膜层。由于它们的形成过程为放热反应，所以具有更高的稳定性。其主要特征为：由于膜是原位自发形成，所以自身便可构成材料及装置；由于具有更高堆积密度和较低缺陷浓度，分子排列有序度更高，所以热力学稳定性更高，基本上呈“结晶态”；易于采用近代表征及操作手段，如电子离子散射技术、原子力显微镜谱、红外光谱等，来研究及调控膜结构；对于有机合成膜的制作灵活性更大，更有利于设计适应基体表面结构的生物相容膜层。
由于自组装人工膜具有自发生成、自身制作以及其独特的生物模拟和生物相容特性，从而在生物、生化传感器以及医疗、药物的研制领域占有独特的优势。日本富士公司利用含偶氮苯的脂质双分子膜制成的“仿生图像传感器”，当吸收450nm～650nm的可见光后，周围脂质发生反～顺光异构化反应，致使分子偶极矩发生变化，诱发电极静电响应而转变成为振荡电信息，在经过信号压缩处理后，可制作具有光检测功能的智能传感器及生物计算机中的高性能图像处理单元，并有望制成人工视网膜。J.D.Brennan开发的选择性吸附蛋白质用脂肪酸支撑膜材，经过NBD-PE（硝基苯恶二唑二棕榈酰磷脂酰乙醇胺）掺杂，当微环境变化导致选择吸附后，可由结构变化引起的荧光信号转变为电信息，成为检测环境极性、pH值、温度、微黏度、分子取向变化等的荧光探针。此外，人工合成膜在微电子和非线性光电子器件上也有很多应用实例，美国海军研究实验室（Navy Research Lab.）J.M.Schaur开发的脂质管金属化技术，可将磷脂质细管先用Pt或Pd修饰，再进行Ni-P化学镀覆，最终获得Φ0.4μm×40μm，50nmNi膜层的金属细管，由于当导管尺寸小于1/4入射波波长时，增加细管的长径比可使电磁极化特性大大加强，从而可使用该材料制作高电流密度、高亮度的微波源发射阴极及微波器件。
九、生物与生命活动是智能材料的追求——智能分子体系仿生材料工程
智能材料的主要属性包括：感知功能、自适应自相容功能（按照设定方式使性能相互协调与转化，并能选择和控制响应）、自警戒自恢复功能、自判断自平衡功能、自溶解自释放功能等，这些也都正是仿生学的主要研究内容。在对于生物学规律的研究和仿效时，仿生材料的研究手段可以归结为以下四个方面：即观察现象从而接受概念和获取灵感；发掘规律从而提出模型；结构设计从而改进现有性能；仿真模拟从而提出新设想。
