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每當人類在處理某種基本材料有所突破時，同時也成為人類早期發展史上的里程碑，例如石器時代、青銅時代、鐵器時代的誕生等。近百年來，在我們要求材料具有多種功能的同時，也要求它們擁有各種特性。在近幾次的材料革命中，發現將兩種或以上的物料組合起來後，會得出同時擁有它們的長處的新材料，這已經成為材料科學的大趨勢。但直到最近，材料科學出現了一個新的革命，那就是智能材料的興起。
智能材料特別之處，就是它擁有像生物一樣能感應附近的環境並做出適當的反應的特性。換句話說，智能材料能因應外界的刺激而改變自己，或者會產生某種訊息。如能運用適宜，以智能材料所做的一個零件可以取代一些複雜系統的幾個環節(例如負責感覺及反應的部分)，從而大大減低了系統的大小及複雜性。可是智能材料並不能完全取代整個系統，它們只是簡化了系統內的一些部份。應用智能材料的例子多不勝數，例如在糖尿病人身上感應血糖濃度來調解胰島素的的釋放；用智能材料造的飛機機翼能因應氣流和飛行速度而改變形狀，從而增加飛行效率；用智能材料造的網球拍能快速調節來應變高空球和削球；大型土木工程和汽車的應用智能避震器；智能淨化水系統能感應並排除有毒物質等。近年來，世界上有不少大學、公司及政府的研究機構都在努力發展智能材料，務求將它打入商品市場。
智能材料可以簡單分成被動和主動兩種。被動智能材料在沒有經過訊息分析的情況下或想也不想便會自動作出反應；而主動智能材料會分析接收到的訊息後才決定做出甚麼反應。基本上所有的形狀記憶合金都是被動智能材料，因為它們只會因應周遭的溫度改變形狀，就類似一般人被敲打膝蓋後會自動踢腳的反射動作，之間不用分析訊息。主動智能材料的例子有壓電材料所造的避震器，它透過一個回路系統來識認外來改變及作出適當的反應。以下我們會簡單的討論這兩種智能材料的基本原理。
壓電現象是在一八八零年代由居禮兄弟發現的。他們發現了兩種現象，第一是當一些自然非對稱晶體受壓的時候，它會因應其壓力的大小而電極化，產生電場；第二是同一塊晶體在電場下會變形。這兩種特性被稱為順壓電效應及逆壓電效應，而且實際上是線性和依賴方向的效應。如圖一所示，在電極化方向上施加壓力及拉力會產生電場，同時亦產生電壓。而這個現象是可逆的，即是說沿著電極化方向施加電場時，該材料會根據電場的方向膨脹或收縮。這兩種壓電效應主要應用在感應器或發送器，及傳動裝置或引擎上。就是這雙功能特性，壓電體可以應用在換能器上，互換電能及機械能上。
(圖一﹕壓電效應
)
一九一六年，科學家 Paul Langevin 將石英晶體應用在水底聲納換能器上，這是壓電材料的首項應用。後來，更多壓電的晶體被發現，例如羅謝爾鹽和電氣石，但是它們的用途始終有所局限，直到在一九四一年發現了鈦酸鋇( )。鈦酸鋇與其他單晶的材料不同，它是一種多晶陶瓷材料，好處是比較便宜和尺寸較少限制。緊隨的是在一九五四年發現的鈦酸鋯酸鉛(PZT)，它的反應強度和穩定性使它成為現今商業上最常用的壓電材料。直到現在，已知的壓電材料有過百種，陶瓷的有鈦酸鉛(PT)和鈮化鎂鉛(PMN)，聚合物的有氟化聚乙烯(PVDF)及其異分子聚合物氟化三氟聚乙烯[P(VDF-TrFE)]，混合物種的有瓷/聚合物和瓷/玻璃的混合物。
如果一種材料擁有壓電特性，它的結構會變成沒有中心對稱。它會有各向異性的特性，也就是說它的特性會因應測量的方向而有所不同，因此壓電特性是一種各向異性的特性。圖二展示出一種PZT材料，它的晶體結構會因溫度改變而改變。當溫度在居里溫度(Tc)以上，陶瓷的晶胞(unit
cell)會是個立方，即是說它是中心對稱的，因此它沒有電偶極矩(electric dipole moment)。但是當溫度在Tc以下，正極的鈦/鋯離子會從它的中央位置移向其他容許的方向，使到晶格變成鈣鈦礦結構(一種非中心對稱的結構)，並產生出一個單軸對稱的電偶極矩。這樣代表了當操作溫度被提昇到接近居里溫度時，壓電效應會穩定地減少，直到到達或高於居里溫度時，壓電效應會完全消失。實際上，最高操作溫度應該維持在該材料的Tc的一半左右，例如PZT-8的Tc是攝氏三百六十度、PVDF的Tc是攝氏一百一十度。
(圖二﹕PZT陶瓷在居里溫度以上及以下的晶體結構)
形狀記憶合金(SMAs)是一種金屬材料，它們最特別之處是它們變形後，只要將它加熱至“形體改變溫度”(transformation
temperature)以上，它們會恢復未變形的形狀，就好像它們是有“記憶”一樣。第一種形狀記憶合金是由鎳和鈦所造的合金，叫做鎳鈦諾(Nitinol)，它是由美國海軍測量實驗室在一九六五年發現的。這種合金可以變形百分之十後可以回復原狀，可是超過百分之十以上，它便會進行塑性形變而且不能回復原狀。最新的形狀記憶合金是由銅和鋅加上其他金屬例如鋁所造成的合金。現時形狀記憶合金已經應用在不同的範疇，如用作水底建築的接口和螺旋釘等，因而可避免在水底焊接的麻煩；它也應用在生物醫學儀器上，例如手術夾鉗等。
圖三顯示了形狀記憶效應的原理。基本上形狀回復的原因，是靠材料的固相由馬氏體
(martensite)改變為奧氏體(austenite)。一一般來說形狀記憶合金在溫度高於奧氏體溫度 (例如鎳鈦諾的是攝氏五百到七百度)下形成，並呈現高序的奧氏體晶體結構。當冷卻到達馬氏體溫度 以下的時候，在沒有應變壓力之下的形狀記憶合金會出現孿馬氏體結構。這時形狀記憶合金會很容易在應力下變形，這是由於孿晶間界(twin
boundary)會順著應力的方向擴展出去。之後，只要將變形了的合金加熱，合金內變形了的孿馬氏體結構會變回奧氏體晶體結構，即是說未變形前的奧氏體晶體結構會重新建立，也就是說它會回復原來的形狀。
- 形狀記憶合金實驗1
- 形狀記憶合金實驗2
形狀記憶合金的機制可以是單向進行的，即是當溫度在以上，它們會變回它們原來的形狀。但是我們也可以令它們變成“完全可逆的”，即是擁有雙向的形狀記憶效果
(也就是說當溫度在以上時它們會變成之前在以上的形狀；但當溫度在以下時它們會變回之前在TAF以下的形狀)。這種雙向效果的背後原理其實是同一種原理
(兩者都是由於孿晶間界會順著應力的方向擴展出去而變形，只是發生變形時的晶體結構不同而已)，而且結果與本來的微結構是幾乎一樣的。但是一般來說，單向形狀記憶效應會比雙向的有較高的應變力。
(圖三﹕形狀記憶效應)
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