功能材料 超磁致伸缩材料及其应用.doc

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1、超磁致伸缩材料及其应用磁致伸缩材料所谓磁致伸缩是铁磁物质(磁性材料）由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化。大家知道物质有热胀冷缩的现象。除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短。铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。超磁致伸缩超磁致伸缩材料（GMM）是一种在室温和低磁场条件下，就能产生很大磁致伸缩应变的新型功能材料，超磁致伸缩材料(giantmagnetostrietivematerial，简写为GMM)是A.E.Clark等人于70年代发现的，是一种新型的功能材料

2、，它能有效地实现电能与机械能的相互转换。具有应变值大、电能一机械能转换效率高、能量传输密度大、高响应速度等特点，可应用于声纳、超声器件、微位移控制、机器人、流体器件中。磁致伸缩器件由于其独特的功能优势在许多危险工作条件和高温环境下性能出众，并且能够在低频磁场下调节应力和位移。相对于电致伸缩材料和压电陶瓷，磁致伸缩材料的优势在于其优越的力学性能和热鲁棒性，而相对于形状记忆合金，更具有应变大，带宽广和磁滞损耗低等优点。这些性能优势有利于开发研制传感器和制动器，甚至二者的结合体，例如需要精密的自传感制动器。应用具有输出力大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输

3、出应变大等优点，在智能系统中具有广泛的应用前景，其力学响应行为涉及变形场、磁场、涡流场、温度场相互耦合问题，直接关系到智能系统的性能指标和可靠运行。目前人们已经设计并制造出各种智能结构和器件，如:主动减振装置、高精度线性马达、超磁致伸缩微泵、微阀门、微定位装置等等，使得磁致伸缩材料在众多的功能材料中备受瞩目。由于超磁致伸缩材料,在磁场作用下长度发生变化,发生位移而做功;在交变磁场作用下,发生反复伸张与缩短,从而产生振动或声波,将电磁能(或电磁信号)转换成机械能或声能(或机械位移信息,或声信息),相反也可以将机械能(或机械位移与信息)转换成电磁能(或电磁信息),

4、这样可以制成功率电-声换能器、电-机换能器、驱动器、传感器和电子器件等,广泛应用于海洋、地质、航空航天、运输、加工制造、医学、计算机、机器人、仪器、电子及民品等技术领域。国内研究北京钢铁研究总院在GMM制备技术方面的研究起步较早，1991年在国内率先制备出GMM棒材，获得了国家专利。此后又进一步开展了低频水声换能器、光纤电流检测、大功率超声焊接换能器等的研究和应用，开发出了具有自主知识产权的年产能达吨级的高效集成生产GMM技术和装备。北京科技大学研制的GMM材料在国内外20家单位试用，效果良好。兰州天星公司也开发了年产能达吨级的生产线，在GMM器件开发、应用方

5、面颇有建树。我国对于GMM的研究工作起步不算晚，但在产业化和应用开发方面还处于起步阶段。目前我国不仅需要在GMM生产技术、生产装备、生产成本上有所突破，同时也需要在材料应用器件开发上倾注精力。国外很重视功能材料与元件、应用器件的一体化，美国的ETREMA材料就是材料和应用器件研发、销售一体化最典型的例子。GMM的应用涉及到很多领域，业界的有识之士和企业家应该具备战略性的眼光，高瞻远瞩，对这－21世纪应用前景广阔的功能材料的发展和应用有足够的了解和认识，密切关注该领域的发展动态，加快其产业化进程，推动和扶植GMM应用器件的开发和应用。总结超磁致伸缩材料作为三大智

6、能材料之一,从目前发展的趋势可以看出,形态上的薄膜化、微型化将成为具有潜力的发展方向,而执行与传感功能融合形成的具有自感知功能的执行器将成为超磁致伸缩材料器件研究的前沿。在未来对超磁致伸缩材料的研究过程中,亦有必要不断进行成分调整和掺杂研究,不断提高其响应速度、饱和磁致伸缩系数、可控性、刺激转换效率等,使超磁致伸缩材料应用到地震工程、生物医学工程、环境工程等新领域中。