磁致伸缩材料的特性及应用研究1
磁致伸缩材料的研究及应用
磁致伸缩材料的研究及应用磁致伸缩材料是一种可以在磁场作用下产生机械变形的智能材料。
其具有较大的应变及较快的响应速度等特点，在微机电系统、智能结构及磁医学等领域具有广泛的应用前景，因此其研究也备受关注。
一、磁致伸缩材料的发展历程磁致伸缩材料最早可以追溯到1920年代的石英研究。
1936年，日本学者桥本秀夫首次制备了一种新型材料，被称为“Jiles-Atherton效应”，并用于磁控制装置。
20世纪60年代，磁致伸缩材料得到进一步的发展和研究。
在经过多年的努力之后，现今的磁致伸缩材料已经达到了伸缩应变高达1%、响应速度在毫秒级别的水平。
二、磁致伸缩材料的基本原理磁致伸缩材料的基本原理是，当材料处于磁场中时，其晶格结构会发生变化，从而导致材料的形状发生变化。
这种形变可以表现为伸长或缩短，称为磁致伸缩效应。
磁致伸缩材料可分为单晶磁致伸缩材料与多晶磁致伸缩材料两种。
单晶磁致伸缩材料具有单向形变性，对于单向应力或单向磁场作用下，只表现为一个方向的伸长或缩短。
多晶磁致伸缩材料则可以在不同方向上产生不同程度的形变。
三、磁致伸缩材料的应用1. 微机电系统（MEMS）磁致伸缩材料在微机电系统中的应用已经开始取得一定的成果。
其最大的应用是作为驱动器件，用于数字微镜、精密运动控制器等领域。
2. 智能结构磁致伸缩材料作为一种智能材料，可以被应用于各种智能结构中。
例如，可用于便携式电力工具的紧固装置、智能森林高压输电线路的调整系统等。
3. 磁医学磁致伸缩材料在磁医学领域也具有潜在的应用价值。
例如，用于放大磁共振成像（MRI）的灵敏度以及用于制造人工肌肉。
四、磁致伸缩材料的发展与前景磁致伸缩材料所具有的高响应速度、灵敏度、大应变、无需外部电源等特点，使得其在各个领域有广泛的应用前景。
未来，随着科技进步和生产技术的发展，磁致伸缩材料将会在更多领域中得到应用。
同时，更多的磁致伸缩材料类型也将逐渐被研发出来，以满足不同领域对于材料性能的要求。
磁致伸缩材料
磁致伸缩材料磁致伸缩材料是一类具有磁致伸缩效应的功能材料，它们在外加磁场的作用下能够产生形变。
这种材料在现代工程技术中具有广泛的应用前景，包括在传感器、执行器、声学器件等方面。
磁致伸缩材料的研究和应用已经成为材料科学和工程领域的热点之一。
磁致伸缩效应是指在外加磁场的作用下，材料会发生明显的形变。
这种效应主要是由于材料内部的磁畴结构发生改变所导致的。
在外加磁场的作用下，材料内部的磁畴会重新排列，从而引起材料的形变。
这种形变可以是线性的，也可以是非线性的，具体取决于材料的性质和外加磁场的强度。
磁致伸缩材料的研究始于上个世纪，随着材料科学和工程技术的发展，磁致伸缩材料的种类和性能得到了极大的提升。
目前，常见的磁致伸缩材料主要包括铁氧体、镍基合金、铁-铝合金等。
这些材料具有良好的磁致伸缩性能，可以在外加磁场的作用下产生较大的形变，因此被广泛应用于各种领域。
磁致伸缩材料的应用非常广泛，其中最为重要的应用之一就是在执行器领域。
由于磁致伸缩材料在外加磁场的作用下能够产生形变，因此可以用于制造各种类型的执行器，如电磁阀、电磁泵、电磁马达等。
这些执行器具有体积小、响应速度快、能耗低等优点，因此在自动控制系统中得到了广泛的应用。
此外，磁致伸缩材料还可以用于制造传感器。
由于磁致伸缩材料在外加磁场的作用下会产生形变，因此可以用于制造各种类型的传感器，如应变传感器、压力传感器、位移传感器等。
这些传感器具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好等优点，因此在工业自动化、航空航天、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
总的来说，磁致伸缩材料是一类具有重要应用前景的功能材料，它们在执行器、传感器等方面具有广泛的应用前景。
随着材料科学和工程技术的不断发展，相信磁致伸缩材料的研究和应用会得到进一步的推广和深化，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
磁致伸缩材料及铁磁体性质
磁致伸缩材料及铁磁体性质磁致伸缩材料（magnetostrictive materials）是一类具有特殊磁性和力学性能的材料。
当外加磁场改变时，这些材料会发生体积和形状的变化。
这种通过磁场来控制机械变形的特性使得磁致伸缩材料具有广泛的应用前景。
磁致伸缩材料的磁性是其具有磁性的基础。
在外加磁场的作用下，磁致伸缩材料中的磁矩会发生定向排列，从而导致材料的体积发生变化。
这种反应是由于磁矩的定向排列导致了晶格的畸变，进而引起材料的形变和伸缩。
磁致伸缩材料的形变和伸缩能力取决于材料自身的磁性和力学性能。
磁致伸缩材料通常分为铁磁体和软磁体两类。
铁磁体是一类具有强磁性的材料，常见的铁磁体有镍铁合金、镍钴合金等。
这些材料在外加磁场作用下，磁矩定向排列，导致材料的体积发生变化。
铁磁体具有很高的磁致伸缩效应，因此在磁致伸缩技术中得到了广泛应用。
例如，铁磁体可以用于制造磁电传感器、磁致伸缩执行器等。
除了铁磁体，软磁体也是一类常用于制造磁致伸缩材料的材料。
软磁体是一类具有低磁滞和低剩磁性能的材料，具有很强的磁导率和低损耗。
软磁体的磁性能使得它们在应用中具有更高的控制灵活性和效率。
软磁体主要用于制造磁致伸缩变形传感器、磁振动器件等。
磁致伸缩材料除了具有磁性能外，还具有一些其他的重要性质。
首先，磁致伸缩材料具有良好的稳定性和可重复性。
在外加磁场变化时，这些材料的体积变化是可逆的，即当磁场变化恢复到初始状态时，材料也能恢复到初始状态。
其次，磁致伸缩材料具有快速的响应速度和高灵敏度。
当外加磁场变化时，这些材料的形变能够快速响应，且具有较高的灵敏度。
最后，磁致伸缩材料还具有大的形变量和伸缩比。
这使得它们在应用领域中具有更广泛的应用前景。
总之，磁致伸缩材料是一类具有特殊磁性和力学性能的材料，通过外加磁场可以实现材料体积和形状的控制。
铁磁体和软磁体是常见的磁致伸缩材料，具有很高的磁致伸缩效应。
磁致伸缩材料具有稳定性、可重复性、快速响应速度和高灵敏度等特性，具有广泛的应用前景。
磁致伸缩材料的性质和应用
磁致伸缩材料的性质和应用近年来，随着科技的不断发展，磁致伸缩材料也逐渐成为了热门研究领域之一。
磁致伸缩材料简单来说就是指在磁场的作用下产生形变的材料。
它通过磁场的调控来控制其形态和大小，具有很强的应用前景。
本文将探讨一下磁致伸缩材料的性质和应用。
一、磁致伸缩材料的性质磁致伸缩材料的最显著性质就是其具有良好的磁致伸缩效应。
即进行电磁控制时，材料会出现明显的形变。
这种效应是由几种因素共同作用导致的。
首先是晶体结构的改变。
磁场的作用下，晶体的格点结构会产生改变，使得晶体的尺寸发生相应变化。
其次是磁滞行为。
磁致伸缩材料在磁化过程中会产生磁滞现象，也就是在磁场强度相等的情况下，其磁矩大小会因之前历史磁场的影响而不同。
最后是弹性变形。
在磁场的作用下，磁致伸缩材料中的应力和应变也会发生相应变化。
除了磁致伸缩效应外，磁致伸缩材料还有一些其他的性质。
例如，它们具有优异的磁学性能，能够在高频下表现出优秀的磁性。
此外，磁致伸缩材料的电学性质也很好。
一些研究发现，在外加电场的作用下，磁致伸缩材料的磁致伸缩效应也会发生相应变化。
二、磁致伸缩材料的应用由于磁致伸缩材料具有良好的磁致伸缩效应和其他一些优异的性质，所以在实际应用中具有广泛的前景。
以下列举了几个常见的应用场景：1. 精密仪表磁致伸缩材料具有很高的灵敏度，能够测量非常微小的力量或形变。
因此，它们被广泛应用于各种精密仪表的测量和控制中。
例如，磁致伸缩传感器可以用于制作高精度的压力、温度、速度等传感器，其精度比传统的传感器高得多。
2. 压电陶瓷近年来，磁致伸缩材料已经开始被应用于压电陶瓷领域。
因为磁致伸缩材料具有很好的磁致伸缩效应和良好的电学性能，可以用于制作更高性能的压电陶瓷材料。
这种材料可以用于制作高效的声波发生器、探头等。
3. 磁性材料磁致伸缩材料也被广泛应用于制备磁性材料。
这种材料通常用于磁盘驱动器、磁头等。
磁性材料可以被制作成具有特定磁场强度的线圈、磁体等阵列，用于测量、控制磁场等。
超磁致伸缩材料研究现状
超磁致伸缩材料研究现状超磁致伸缩材料Terfenol-D是本文研究中应用的重要材料，有必要介绍一下，尤其关于材料在本文研究中的本构关系。
1.1 超磁致伸缩材料介绍超磁致伸缩材料是基于铁磁材料在磁场下产生磁致伸缩的一种性能十分优异的智能材料，他的独特性主要来源于显著的的伸长率（100-1000倍）和高能量密度（10-50倍）。
第一次由 A.E.Clarck等人在常温下研制出超磁致伸缩材料Td x Dy1-ХFe2[41,42,43]（也被成为Terfenol-D），最初阶段材料在磁力学特性上重复率低、造价高、不清楚的操作条件限制了其在实际设备上的应用发展,随着制造技术的发展以及大量学者的广泛研究[44]，其优越的性能越来越显著，广泛应用于各类作动器、传感器、换能器[45,46]。
表2-1 Terfenol-D、Ni、PZT性能比较性能参数Terfenol-D Ni PZT饱和磁致伸缩系数10-61500～2000 -40～-35 100～600 机电耦合因数0.7～0.75 0.16～0.3 0.45～0.72 能量密度（KJ/m3）14～25 0.03 0.65～1.0 能量转换效率﹪49～56 9 23～52响应时间10-6s ＜1.0 10密度（kg/m3）9250 8900 7490声速（m/s）1640～1940 4950 3130相对磁导率3～10 60居里温度/℃380～387 ＞500 130～400 应力输出（Mpa）30 1 15为了比较，在表2-1[44,47,48,49]列举了超磁致伸缩材料的基本物理性质和压电材料PZT及镍的性质。
很容易可以看出，与PZT相比超磁致伸缩材料展现出10倍到20倍的位移，15倍到25倍的能量密度，10倍以上的响应时间。
如今，超磁致伸缩材料具体的优势有：高磁弹性、磁针伸缩量大、通过控制成分可选择的正负磁致伸缩、居里温度高、对于疲劳失效有非常低的磁化系数、通过磁场的非接触驱动、低电压驱动、高能量密度、较小磁滞、快速响应、可控的温度特性、频率特性好、磁机转换效率高、输出应力大[44,47,50,51,52]。
磁致伸缩材料的制备与力学性能研究
磁致伸缩材料的制备与力学性能研究磁致伸缩材料是一类特殊的材料，它具有在外加磁场作用下产生形变的特性。
这种材料的制备与力学性能研究一直是材料科学领域的热点之一。
本文将从材料制备、力学性能测试以及应用领域等方面，探讨磁致伸缩材料的制备与力学性能研究。
首先，磁致伸缩材料的制备是研究的基础。
目前，常见的磁致伸缩材料主要有镍、钴和铁等金属及其合金。
制备方法可以通过熔炼、电化学沉积、溶胶-凝胶法等多种方法进行。
其中，电化学沉积是一种常用的制备方法，它能够控制材料的成分和形貌。
制备的磁致伸缩材料需要具备较高的晶格畸变和畸变强度，以增强其磁致伸缩效应。
其次，力学性能测试是评价磁致伸缩材料性能的重要手段。
常见的力学性能测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
这些试验能够评估材料的力学性能指标，如强度、韧性、硬度等。
通过力学性能测试，可以了解材料在外力作用下的变形和破坏行为，为后续应用提供依据。
此外，炎热环境下的力学性能测试也是必要的，以评估材料在高温环境中的稳定性和可靠性。
第三，磁致伸缩材料的应用领域多种多样。
其中，磁致伸缩材料在精密定位系统中的应用尤为广泛。
通过控制磁场的强弱，可以实现微米级别的位移调节，用于光学器件的对准、探测器的调谐等。
此外，磁致伸缩材料在智能机械领域也有广泛应用。
材料的磁致伸缩特性可以作为机械传动和控制的方式，实现机构的远程操控和运动控制。
此外，磁致伸缩材料在医疗器械、航空航天等领域也有广泛应用。
总之，磁致伸缩材料的制备与力学性能研究是材料科学领域的研究热点。
通过合理选择制备方法和实施力学性能测试，可以获得具有良好性能的磁致伸缩材料。
这些材料在精密定位系统、智能机械等领域都有重要的应用价值。
随着科技的发展，磁致伸缩材料的研究将会得到更加深入的探索，并为实际应用带来更多的创新和突破。
国内外超磁致伸缩材料及作动器的
科技信息1.超磁致伸缩材料的特点与应用1.1超磁致伸缩材料的特点磁致伸缩材料主要有三大类：磁致伸缩的金属与合金、铁氧体磁致伸缩材料和稀土金属间化合物磁致伸缩材料。
前两种称为传统磁致伸缩材料，其磁致伸缩应变过小，没有推广应用价值。
而稀土金属间化合物磁致伸缩材料也称为稀土超磁致伸缩材料。
与其他智能材料相比，稀土超磁致伸缩材料具有以下特点：应力负载大（可达700MPa）、能量转换率高（机电耦合系数可达0.75）、温度适应范围宽（小于200℃）、响应快（微秒级）、驱动电压低（小于30V）等。
另外具有频率特性好，工作频带宽；稳定性好，无疲劳，无过热失效等优点。
因此有专家认为，稀土超磁致伸缩材料可广泛应用到机械、电子、航天、农业等其他领域,是21世纪的战略材料。
1.2超磁致伸缩材料的应用分析迄今已有1000多种超磁致伸缩材料器件问世，应用面涉及航空航天、国防军工、电子、机械、石油、纺织、农业等诸多领域，大大促进了相关产业的技术进步。
超磁致伸缩材料在声频和超声技术方面也有广阔的应用前景，国外已用超磁致伸缩材料来制造出超大功率的超声波换能器。
日本已用稀土超磁致伸缩材料来制造海洋声学断层分析系统和海洋气候声学温度测量系统的水声发射换能器，可用于测量海水温度和海流的分布图。
德国材料研究所已将超磁致伸缩薄膜材料应用于微型泵的研究之中。
随科技发展的日新月异，超磁致伸缩材料的重要性必将越来越突出，应用也将更广泛。
预计未来超磁致伸缩材料的应用领域包括航空航天、超精密机械加工、海洋工程、汽车制造、石油产业等。
1.3超磁致伸缩材料在我国的研究与应用在国内，北京钢铁研究总院于1991年率先制备出GMM棒材，此后又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。
北京科技大学采用具有自主知识产权的一步法工艺和设备生产稀土超磁致伸缩材料,减少了过程污染,杂质和氧含量低,合金成分控制准确,提高了材料的性能和产品的一致性；同时易于实现自动化控制,生产效率比传统工艺提高了100-150倍,成本大大降低。
磁致伸缩材料介绍
磁致伸缩材料介绍磁致伸缩材料的工作原理可以追溯到19世纪末期发现的磁致伸缩效应。
这一效应是当材料置于磁场中时，其磁导率的改变导致了尺寸的变化。
在正常情况下，材料呈现伸缩效应，即在磁场中会发生延长或收缩。
这种材料的伸缩能力与磁场的大小和方向有关。
磁致伸缩材料具有许多独特的特性。
首先，它们具有良好的力学性能，能够承受较大的应力和应变。
其次，磁致伸缩材料对磁场响应迅速，具有较高的响应速度。
此外，这些材料具有优异的耐疲劳性能和长寿命，可以在频繁的循环工作下长时间使用。
磁致伸缩材料在许多领域有广泛的应用。
其中一个主要领域是医疗器械。
磁致伸缩材料可以用于设计和制造可植入的医疗器械，如人工心脏瓣膜和血管支架。
与传统材料相比，磁致伸缩材料具有更好的生物相容性和可调节性能，可以更好地适应人体的需要。
另一个重要的应用领域是机械工程。
磁致伸缩材料可以用于设计和制造精密的运动控制系统、精密仪器和机器人等。
由于其高精度和高反应速度，磁致伸缩材料可以实现更精准的位置控制和动态响应。
磁致伸缩材料还可以用于航空航天领域。
在航空航天器的设计中，磁致伸缩材料可以用于调节舰船和导弹的翼展、改变航天器的形状和调整天线的方向等。
这些应用可以提高飞行器的机动性和操作灵活性，提高其在空中的性能。
除了上述的应用领域，磁致伸缩材料还被广泛应用于声学和振动控制、智能材料和结构、电磁阻尼器和电磁发电等领域。
它们的应用潜力还在不断扩大。
虽然磁致伸缩材料已经取得了很大的进展，但仍存在一些挑战。
当前的磁致伸缩材料需要较大的磁场才能实现可观的尺寸变化，并且在高温和压力环境下表现不稳定。
此外，材料的制备成本仍然很高，限制了其在大规模工业应用中的推广。
为了克服这些挑战，未来的研究和发展方向主要包括三个方面。
首先，需要开发新型的磁致伸缩材料，具有更好的磁敏感性和稳定性，能够在较低的磁场下实现更大的尺寸变化。
其次，需要优化材料的制备工艺，降低成本并提高生产效率。
最后，需要加强与其他领域的交叉研究，开发多功能材料和系统，实现更广泛的应用。
磁致伸缩材料
磁致伸缩材料磁致伸缩材料（Magnetorheological Elastomers, MREs）是一种基于磁流变效应的智能材料，具有在外加磁场作用下发生可逆形变的特性。
它可以通过控制外部磁场来实现形状变化和力的调节，因此被广泛应用于机械、航空航天、汽车、生物医学等领域。
磁致伸缩材料由弹性基体和磁性颗粒组成。
弹性基体通常采用聚合物材料，如聚氨酯、硅橡胶等，具有良好的柔韧性和弹性。
磁性颗粒则是通过将铁磁体粉末或磁性纳米颗粒分散在基体中而获得的，具有良好的磁导率。
当外加磁场施加在磁致伸缩材料上时，磁性颗粒会在磁场的作用下重新排列形成磁链，使得材料呈现出可逆的形变特性。
磁致伸缩材料的形变行为可以通过调节外部磁场的强度和方向来实现。
当磁场强度增加时，磁致伸缩材料会发生自由膨胀，从而改变其形状。
当磁场减弱或消失时，材料会返回原始形状。
这种可逆形变的特性使得磁致伸缩材料可以适应不同形状和尺寸的应变。
除了形状变化外，磁致伸缩材料还可以通过调节磁场来调节其力学性能。
当磁场强度增加时，材料的刚度和硬度会增加，从而改变其抗压、抗拉性能。
这种可控性使得磁致伸缩材料可以用于制造智能结构和装置，如变形机械臂、智能阀门和振动吸收器等。
磁致伸缩材料还具有其他优异的性能，如快速响应速度、高灵敏度和稳定性。
由于磁致伸缩材料的磁性颗粒可以实现微观尺度的重新排列，因此它的响应速度非常快，通常在几毫秒到几十毫秒之间。
此外，磁致伸缩材料对外界磁场的变化非常敏感，可以通过微小的磁场调节来实现精确的控制。
此外，磁致伸缩材料还具有良好的稳定性，能够长时间保持其性能。
总的来说，磁致伸缩材料是一种具有可逆形变和可控力学性能的智能材料。
它在机械拓扑优化、主动减振、形状记忆等领域具有广泛的应用前景。
磁致伸缩材料及应用
磁致伸缩材料及应用磁致伸缩材料通常由多个金属和非金属材料组成，其内部结构中夹杂着磁性微粒或磁性颗粒，这些磁性物质能够改变材料的微观结构和磁性，从而实现形变效应。
磁致伸缩材料的磁致伸缩效应与其磁导率、饱和磁感应强度和晶格缺陷等有关。
首先是磁致伸缩材料在航空航天领域的应用。
磁致伸缩材料可以用作火箭推进器和导弹控制系统的执行器。
由于磁致伸缩材料具有快速响应、可控形变和高力输出等特点，可以用于改变火箭和导弹的姿态和运动轨迹。
此外，磁致伸缩材料还可以用于飞机和航天器的机翼和舵面的形变控制，提高飞行效率和操控性能。
其次是磁致伸缩材料在机械工程领域的应用。
磁致伸缩材料可以用于制造智能结构和精密仪器。
利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应，可以实现自适应和形变控制，提高机械系统的准确性和适应性。
此外，磁致伸缩材料还可以用于制造微纳机械器件和微电子机械系统，实现微小尺寸和高精度的运动控制。
再次是磁致伸缩材料在医学领域的应用。
磁致伸缩材料可以用于制造可植入和可内置的医疗器械和设备。
利用磁致伸缩材料的形变性能，可以制造可调控形状和大小的支架、导管和植入物，用于治疗血管疾病和心脏病。
此外，磁致伸缩材料还可以用于制造可控释放药物的载体和微泵，实现精确的药物输送和治疗。
最后是磁致伸缩材料在能源领域的应用。
磁致伸缩材料可以用于制造磁致发电器和磁致冷却器。
利用磁致伸缩材料的磁致发电效应，可以将磁场能转化为电能，实现能量的捕捉和转换。
同时，磁致伸缩材料还可以用于制造磁致冷却器，利用磁致伸缩材料的磁致热效应实现低温制冷和高效能源利用。
总之，磁致伸缩材料具有磁场响应性能，可以实现形变控制和能量转换。
其在航空航天、机械工程、医学和能源等领域具有重要应用价值，并且在材料科学和技术领域有着广阔的研究和发展前景。
磁致伸缩材料的详细说明
2） 电阻小，易产生涡流损耗，故高频特性较差，一般在低频工况下使用;
3） 性脆，抗拉强度低，使用时通常要施加预压力；
4） 在正负磁场的作用下，超磁致伸缩材料均具有伸长变形特征，其变形量与磁场的关系为非线性。
1.2驱动器结构设计及工作原理
根据超磁致伸缩材料的驱动性及磁路原理，采用台州市椒光稀土材料有限公司提供的国产Terfenol-D棒材，研制了超磁致伸缩位移驱动器。
所研制的超磁致伸缩微位移驱动器工作原理可简述为：当给激励线圈通有电流时，由电磁感应原理将产生驱动磁场，从而驱动超磁致伸缩Terfenol-D棒的伸长或缩短，通过输出顶杆，对外将产生输出位移。此外，通过给偏置线圈施加适当的电流，产生所需的偏置磁场，以消除“倍频现象”；通过预压机构对超磁致伸缩材料提供合适的预压力，提高机磁耦合系数和磁致伸缩系数；通过冷却机构以保持驱动器在恒温下工作，减少温度变化对驱动器工作的影响。
1 超磁致伸缩材料厂驱动器的结构与工作原理
1.1超磁致伸缩材料的磁一机本构方程
对于超磁致伸缩材料，选择磁场强度H、温度T、应力σ作为独立变量，磁感应强度B、应变ε作为因变量，可得相应的磁一体本构方程：
（1）
式中：S是恒磁场、恒温下的弹性柔顺系数矩阵；
D是恒应力、恒温下磁致伸缩应变系数矩阵，下标t表示矩阵的转秩；
3 结论
在分析GMM工作特性的基础上，研制了超磁致伸缩微位移驱动器，通过建立测控系统进行实验获得了驱动器相关的性能参数：当给驱动器加载150N的预压力，通以1.6A电流以实现 的偏置磁场时，驱动器具有最理想的线性位移输出，且输出位移范围可达40μm以上，如果在长时间连续运行中保证GMA的定位精度则需引入高精度温控装置。实验结果表明所研制的驱动器满足实现微位移高精度控制的基本性能要求。
磁致伸缩材料的设计和应用
磁致伸缩材料的设计和应用磁致伸缩材料是一种具有特殊性能的功能材料，可以在外加磁场的作用下发生形变，即可以实现磁致伸缩。
磁致伸缩材料具有广泛的应用前景，在机械工程、电子工程、医疗和生命科学等领域都有重要的应用。
本文将从磁致伸缩材料的设计和应用两个方面进行介绍。
首先，磁致伸缩材料的设计是实现其性能优化和应用扩展的关键。
磁致伸缩材料通常由两大类组成：一类是通过添加磁致伸缩微粒或纳米晶颗粒到传统金属材料中实现磁致伸缩效应；另一类是利用磁性材料特有的结构和相互作用实现磁致伸缩效应。
在具体的设计中，需要考虑以下几个方面。
首先，材料的磁致伸缩效应与其磁特性有关，所以需要选择具有良好磁性能并符合特定应用要求的磁性材料作为基材。
例如，镍基合金是一种常用的磁致伸缩材料，因为它具有良好的磁性能和热稳定性。
其次，需要选择合适的微粒或纳米颗粒作为磁致伸缩增强剂，并控制其粒径和含量以实现最佳效果。
例如，添加合适粒径的铁基或铁氧体微粒可以显著增强材料的磁致伸缩效应。
此外，材料的晶体结构和化学成分也会对磁致伸缩效应产生影响，所以需要进行相应的调控和优化。
其次，磁致伸缩材料具有广泛的应用前景。
在机械工程领域，磁致伸缩材料可以用于制造高精度控制元件，例如电磁驱动器、电磁阀和精密仪器等。
这些元件可以利用磁致伸缩的特性实现快速的运动和高精度的控制。
在电子工程领域，磁致伸缩材料可以用于制造磁性传感器和磁性存储器等设备。
磁致伸缩材料还可以在医疗和生命科学领域发挥重要作用。
例如，可以利用磁致伸缩材料制造可控的药物输送系统，用于实现精确的治疗和药物释放。
总之，磁致伸缩材料的设计和应用是一个复杂而多样化的领域。
通过合理选择和优化材料的组成和结构，可以实现材料性能的提升和应用范围的扩展。
磁致伸缩材料的广泛应用将在不同领域带来许多有益的效果和发展机会。
随着科学技术的不断进步和材料研究的不断深入，磁致伸缩材料在未来将有更加广阔的发展空间。
磁致伸缩材料
磁致伸缩材料
磁致伸缩材料是利用磁场场对材料形状进行控制的一种新型材料。
在磁场作用下，磁
致伸缩材料可以达到预先设定的形状，并在不受磁场影响时保持其形状，极大地提高了一
定材料的性能。
磁致伸缩材料通常由铁氧体和支撑网络组成，在具有外加磁场的前提下，发生局部膨
胀或缩小，从而改变其外形或尺寸，所实现的磁致伸缩过程是利用的铁氧体的磁场控制局
部膨胀或缩小，产生材料的整体变形。
磁致伸缩材料的应用和发展受到了人们的广泛关注，目前已经成为一种应用非常广泛
的新材料，它表现出了很强大的特性，如高力学性能、高可靠性、高度可控性、简单适用、成本可控等特点，可以用于很多领域。
例如，在建筑领域，磁致伸缩材料可以用来制造防盗门，可以根据温度的变化而自动
调节大小，增强安全性。
磁致伸缩材料具有很多优势，且技术不断发展，令用户拥有更多可能和选择，将为未
来建筑、航空、汽车等一系列产品带来更多好处。
磁致伸缩材料的应用
磁致伸缩材料的应用磁致伸缩材料的基本原理是通过磁感应强度的变化来调节材料的微观结构，从而实现长度的变化。
这种原理基于磁致应变效应，即材料在磁场的作用下产生的形变。
磁致伸缩材料一般由两个相互穿插的部分组成，一部分是磁致伸缩激发器，具有良好的磁致应变效应；另一部分是力传递机构，用来将磁力转化为线性位移。
磁致伸缩材料在机械领域有很多重要的应用。
例如，在精密仪器和机械装置中，常常需要调节长度以满足特定的要求。
磁致伸缩材料可以应用在这些装置中，通过控制磁场的强度来调节装置的长度。
另外，在医疗器械中也有广泛的应用，例如用于血管支架的放松和收缩。
在电力领域，磁致伸缩材料也扮演着重要的角色。
由于磁致伸缩材料的优良性能，可以用于电力输送线路的调节。
根据实际需求，磁致伸缩材料可以通过调节磁场的强度来实现输送线路的缩短或拉长，从而提高电力系统的效率和可靠性。
在航空航天领域，磁致伸缩材料的应用也非常广泛。
例如，在航天器的姿态控制系统中，可以使用磁致伸缩材料来实现航天器的动态姿态控制。
该材料可以根据磁场的变化调节长度，从而改变航天器的姿态。
此外，磁致伸缩材料还可用于行星探测器的伸缩臂、太阳帆等部件的控制。
在智能材料领域，磁致伸缩材料也具有广泛的应用。
例如，在结构控制和振动减缓中，可以利用磁致伸缩材料来调节结构的刚度和阻尼。
另外，磁致伸缩材料还可以用于可穿戴设备、智能家居等领域，通过调节磁场的强度实现可穿戴设备的长度变化或家居设备的伸缩。
总结起来，磁致伸缩材料具有广泛的应用前景。
在机械、电力、航空航天和智能材料等领域都有重要的应用。
随着科学技术的不断进步，磁致伸缩材料的性能和应用领域还将不断扩展，为人们的生活和工作带来更多的便利和可能性。
磁致伸缩材料及应用要点
制作日期：2014/6/11
பைடு நூலகம்
磁致伸缩效应
• 19世纪40年代，焦尔发现：当磁性体（如金属Fe 、Ni）等的磁化状态改变时，其外型尺寸或体积 会发生微小的变化，这就是磁致伸缩效应，又称 焦尔效应。 • 磁致伸缩材料：具有磁致伸缩效应的磁(电) —机 械能转换材料。
• 磁致伸缩系数：λ=ΔL/L • L为材料原来的长度，ΔL为材料长度改变量。
磁致伸缩阀门燃料喷射系统
• 瑞典设计的对燃料喷射阀 门进行控制的装置。它由 一根具有负磁致伸缩系数 的棒去打开阀针。驱动线 圈中的电流为零时，阀针 将燃料流关闭；驱动线圈 中通有电流时，阀针打开 允许燃料流通过。可实现 对燃料的精密、瞬时控制 ，使燃料充分燃烧，减少 污染。可应用于汽车和飞 机等内燃机。
超磁致伸缩微位移执行器
1.外套 2.出水管 3.弹性体 4.输出轴 5.导向块 6.导磁体 7.超磁致伸缩棒 8.水箱 9.永磁体 10.导向块 11. 进水管 12.导磁体 13.螺钉 14.底 盖 15.传感器 16.线圈 17.骨架 18.电阻应变片
• 我国大连理工大学研制， 将GMM进行叠片放置减少涡 流损耗，通过冷却水消除 温度对GMM性能的影响，其 拉伸强度比普通的更大， 性能指标已达国际领先水 平。
高压薄膜泵
• 英国San Technology公司 的Dariusz.A.Bushko和 James.H.Goldie用 Terfenol-D棒制成。在结 合水力和电控装置下，可 实现强力、大行程的水力 驱动，体积小且易控制。 原理：通过线圈驱动GMM 棒发生伸缩推动隔膜运动 从而实现吸排。
1.外壳 2.线圈 3.预压弹簧 4. 工作腔 5.高压输入阀6.低压输 入阀 7.隔膜 8.GMM棒 9.永磁体
新型磁致伸缩材料的传感技术及其生物检测应用
新型磁致伸缩材料的传感技术及其生物检测应用新型磁致伸缩材料的传感技术及其生物检测应用随着科技的不断发展，新型磁致伸缩材料的传感技术在生物检测领域中扮演着越来越重要的角色。
本文将从简单到深入的角度，探讨新型磁致伸缩材料的原理和应用，以及它在生物检测领域中的潜在价值。
1. 介绍新型磁致伸缩材料新型磁致伸缩材料是一种能够在外加磁场作用下产生形变的材料。
它具有高灵敏度、快速响应和可控性强的特点，被广泛应用于传感器、致动器、医疗器械等领域。
其原理是基于磁致伸缩效应，即在外加磁场的作用下，材料表现出线性的磁致伸缩变化。
2. 新型磁致伸缩材料在传感技术中的应用在传感技术领域，新型磁致伸缩材料可以被用于制造高精度的传感器。
通过测量材料在外加磁场下的形变，可以实现对力、压力、应变等物理量的高灵敏度测量。
这种传感技术在工业自动化、航空航天等领域有着重要的应用，能够提高系统的控制精度和稳定性。
3. 新型磁致伸缩材料在生物检测中的应用除了传感技术领域，新型磁致伸缩材料还具有巨大的潜在价值在生物检测中的应用。
利用其高灵敏度和快速响应特点，可以制备高灵敏的生物传感器。
这些生物传感器可以用于检测生物标志物、病原体等，具有快速、准确、无损伤的特点，对于临床诊断、食品安全等方面具有重要意义。
4. 个人观点和理解在我看来，新型磁致伸缩材料的传感技术及其生物检测应用是一个富有前景的研究领域。
随着科技的不断进步，相信它将在生物医学领域中发挥越来越重要的作用，为人类健康和生活质量的提高做出更大的贡献。
总结回顾通过本文的探讨，我们对新型磁致伸缩材料的传感技术及其生物检测应用有了更深入的了解。
这种材料的高灵敏度、快速响应和可控性强的特点，使其在传感技术和生物检测领域具有重要的应用前景。
我们对于其在未来的发展充满期待，相信它将为生物医学领域带来更多的突破和创新。
在文章中，我们多次提及了新型磁致伸缩材料的传感技术及其生物检测应用，希望能够帮助你更全面、深刻和灵活地理解这一主题。
磁致伸缩材料的特性及应用研究_
第30卷 第1期2001年 2月 稀有金属材料与工程RA R E M ETAL M A T ER I AL S AND EN G I N EER I N G V o l .30,N o 11 February 2001磁致伸缩材料的特性及应用研究( )胡明哲 李 强 李银祥 张一玲(武汉理工大学 武汉 430070)摘 要 总结了磁致伸缩材料的发展及其在器件方面的应用,对该材料的各种性能作了阐述并与Pb (Zr ,T i )O 3(PZT )压电材料进行了比较。
报道了武汉理工大学开展的超精微致动器和磁场光纤传感等方面的研究并对该材料今后的应用进行了展望。
关键词 超磁致伸缩材料 致动器 传感器中图法分类号:TM 271 文献标识码:A 文章编号:10022185X (2001)0120001204314 力学传感领域利用磁致伸缩材料的V illari 和A n ti 2V iedem ann 效应,可以用来做力学传感器,测量静应力、振动应力、扭转力和加速度等物理量。
31411静应力传感领域利用应变而导致磁特性的变化从而输出电压发生变化的现象,用于磁应变传感器检测料斗的料位[38]。
把测力器放在料斗支撑部位,当有负载(传感器自重加上内装物重)加上时,传感器端子间就产生与此成比例的输出电压及信号,经放大比较后自动触发上 下限位开关从而实现料位的在线监测和实时控制。
31412振动、冲击应力传感器领域在机器人领域中,通常的磁致伸缩器件原型有3种,如图6所示,其中图6c 是运用了磁场平衡原理。
当传感器处于受力状态时,x 方向和y方向上的磁场图6 磁致伸缩型传感器的结构原理F ig 16 Configu rati on s of m agnetoelastic sen so r :(a )choke type ,(b )tran sfo rm er type ,and (c )tran sfo rm er 2p ressducto r type不再均匀分布,这样就会在输出线圈中产生磁通,激发线圈上成正例的2次电压信号。
磁致伸缩的应用及原理
磁致伸缩的应用及原理简介磁致伸缩是一种利用磁性材料在磁场作用下发生形变的现象。
磁致伸缩技术的应用范围广泛，涵盖了多个领域。
本文将介绍磁致伸缩的原理，并探讨其在各个领域的应用。
原理磁致伸缩是基于磁性材料在磁场中发生形变的特性。
当磁性材料受到磁场的作用时，磁性材料内部的磁畴会发生转变，从而引起材料的形变。
这种形变可以是线性的、径向的，也可以是体积的压缩或膨胀。
磁性材料通常包括铁磁性材料和磁形状记忆合金。
铁磁性材料在磁场作用下呈现出明显的磁致伸缩效应，可用于制造磁致伸缩传感器和磁致伸缩执行机构。
磁形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的特殊材料，它可以通过磁场改变其形状和尺寸。
磁致伸缩的原理可以用经典磁致伸缩模型来描述。
该模型基于磁矩的转向，将应变与磁场的矢量积相关联。
根据这个模型，磁致伸缩的应变可以用以下公式表示：ε = V/H * dH/dl其中，ε表示应变，V表示磁致伸缩系数，H表示磁场强度，l表示磁性材料的长度。
从公式可以看出，应变的大小与磁致伸缩系数、磁场强度以及磁性材料的长度有关。
应用磁致伸缩传感器磁致伸缩传感器是利用磁致伸缩效应来测量变化的传感器。
它可以通过测量磁性材料的形变来感知环境的变化。
磁致伸缩传感器广泛应用于测量应变、压力、力矩等物理量。
磁致伸缩执行机构磁致伸缩执行机构是利用磁致伸缩效应来实现力学运动的装置。
通过控制磁场的强度和方向，可以控制磁致伸缩材料的形变，从而实现机械运动。
磁致伸缩执行机构广泛应用于精密定位、机器人、微观操纵等领域。
磁致伸缩材料磁致伸缩材料在电子设备、汽车工业、航空航天等领域都有广泛应用。
在电子设备方面，磁致伸缩材料可以用于制造压电陶瓷、声表面波滤波器等元器件。
在汽车工业方面，磁致伸缩材料可以应用在刹车系统、悬挂系统等部位，提高汽车的性能和安全性。
在航空航天领域，磁致伸缩材料可以用于制造形状可变机翼、自动调谐结构等。
结论磁致伸缩是一种利用磁性材料在磁场作用下发生形变的现象。
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李银祥
武汉
张一玲
武汉理工大学 ! 摘 要
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回顾总结了磁致伸缩材料的发展及其在器件方面的应用 )对以该材料为核心的各种器件性能作了阐述并与
压电材料进行比较1报道了武汉理工大学开展的超精密微位移致动器和磁场光纤传感等方面的 ! ) # * + , . / 0&! * , .# 研究 ) 并对该材料今后的应用进行了展望 1 关键词 超磁致伸缩材料 致动器 传感器 文章编号 25 ’ ’ 4 7 5 8 9 ! 4 ’ ’ ’ # ’ ; 7 ’ & ; ; 7 ’ % : 中图法分类号 2. ( 5 34 文献标识码 26
O 0 接作用在抽油机的活塞上 / 6
敏度和精度 1并且它的温度依赖性小 1可测的频带更
Q, # 可测应变量最小达到 & 此外 1 宽广 1 P, # 6 F ! + ? D + 5 C <
’ 棒或其薄膜材料还可用于热膨胀检测 R $ R 高能微动力装置
/ , ) 0
6
S T * + %高能量密度的特性可用于制作高能微型 马 达 和 其 它 机 械 功 率 源6 其 中 日 本 的 ! C 4C I 9 U C
图 ! 使用磁致伸缩材料的声纳装置 ! D A B C E F 1 GH I H J 4 KL H B F CK1 C F 4 J E H J G B M J B N 4G E >
aG J U L G b S _ 1 G 7等 利 用 磁 致 伸 缩 棒 和 磁 致 伸 缩 双 层 膜设计了可精密控制流量的多种流量计 +被广泛用于
, $ 声效率 @ <# % 5" & 4 1
c d 微位移领域 = 6 ! 微位移致动 利用 X Y 的低场大应变 O大输出应力 O高响应速 度Q 且无反冲的特征 +可以制成结构简 ! 2 2e ]!KH R H
! , $ 单的微位移致动器 +广泛用于超精密定位 " O激光微 ! . + ! P $ 6 2 $ 6 ! $ 加工 " O精密流量控制 " O原子力显微镜 " O数控 ! P $ 6 6 $ 6 = $ 车床 " 和阀门控制 " 等方面 & O 机器人 "
其外型尺 5 8 % ’年焦尔就发现当磁性体被磁化时 ) 寸 会 发 生 变 化)这 就 是 人 们 通 常 所 说 的 磁 致 伸 缩 效 应 )又称焦尔效应 1到了 4 ’世纪 % ’年代人们才开始 使用 =/ )> ’ @ ?晶 体 ) 它 们 的 磁 致 伸 缩 系 数 只 有 %
A; 合金 )如俄罗斯 19 ’年代又开始采用 B 7 5 & D6E 5 ’ C F 5 G 研制的 B 声发射器 1 7 5 & D6E ; ’年代铁氧体材料等 C
图 = 磁致伸缩阀门燃料喷射系统 = S A B C E KZ L F 1 J B E Fi 4 J J B F CH I H J 4 K jB J UK1 C F 4 J E H J G B M J B N 4 N 1 _ N 4
_& L O _
稀有金属材料与工程
% -卷
武汉工业大学李强科研小组成功开发了利用 ! " ( + # $ % &’ # $ ) &* , $ .大 单 晶 制 成 的 微 米 级 微 位 移 致 动 % ) 0 器/ 它的最大致动范围为 2 精度可达 , 1 #3 #5 41 46 同时为其配上步进驱动夹具为减少发热量而设计的
4 G 线F 1这些材料的相继问世 )虽然在当时取得了一定
X 磁致伸缩材料的应用
X K < 声学领域 & K 5 K 5 军用声纳系统 目前 )电磁波常被用于通讯和探测等方面 1但在 水下 )它却因衰减过快而无法利用 )于是人们利用声 波及超声波讯号来进行水下通讯 I 探测 I 遥控等工作 ) 声纳就成为潜艇的口 I眼 1这对材料的要求极高 1早 先采用的都是压电材料 ) 但它们有以下缺点 2 机电 ! 5 # 转换系数低 ! 输出功率低 J 响应频率 ’ K % 9 H’ K ; 8 # ) ! 4 # 高 )信号在水下衰减快 I传输距离小 J! 在数千伏的 & # 高压下工作 ) 安全性差 1 自 从大 应 变 和 低 响 应 频 率 的 Y Z B C 4压磁材料出 现以来 )这些问题得到了根本解决 )使声纳性能得到 了大大改善 )海底探测距离已达到数千公里 1美国海
陆续被采用 ) 它们的磁致伸缩最高可达 5 并 5 ’ @5 ’ ) 且 它 们 的 电7 声 转 换 效 率 是 =/ 等 金 属 的 4倍 H 9倍 1
A;
由于这些铁氧体的高电阻 I大磁致伸缩等优势 )而被 应用于如下两个方面 2一是探测鲨鱼的超声焊接和超 声净化等装置 J另一个就是磁致伸缩滤波装置和延迟
图 6 超声波无损检测示意图 6 D A B C M U 4 K1 J B M> B 1 C G 1 KE V ’T W
= ! = 声延迟线 X Y A 4 6 等 化 合 物 的 弹 性 模 量 Y随 磁 场 的 改 变 变 万方数据 化极大 +W +D \ Z A 4 KA 4 Z T I A 4 Y 6 6和 W 2 = 2 , 6 多晶的 [
仅分别 + # 2 5+6 ! # 5和 ! # . 5+而 ’B A 4 Y 分别可达 6 为* 5]! . 5和 2 # 5& 由于 Y 的变化声速 ^也随磁 磁场中 +W 场发生显著改变 +在 # =7 ‘ 34 4 G V 4 F E _ T中 声速变化 Q 达% 最高则可达 . 而 \ R , 5]* 2 5+ % 5+ [ ^ ^ 中变化仅为 * 5] P 5& 利 用 这 种 效 应 + 美 国 人 ’B
% 0 设计了差动线性马达 / 推进器材料使用的是 6 VU @ > B F 1而夹具则有 %种 W一种为 X ! + ? D + 5 C < ’ Y ! 的慢速步 进驱动夹具 Z一种为 ! F + ? D + 5 C < ’ 的快速驱动夹具 1它
的步进频率可望大于 & # #[\ 6 / & # 0 美 国 人 K$ ]? B 5 9 E I等 设 计 了 扭 转 可 逆 马 达 1 当采用 2根直径为 # $ L & .= F 4的 ! + ? D + 5 C < ’ 棒时 1夹 满 具输 出 的 转 扭 矩 可 达 . 2 $ % 2 ^_ 41 载 频 率 达 &% . % $ % 6 [\ 日本 ! ’ ‘ 公司制作了用于化学注射用的磁致伸
6 = $ 控制泄漏和过程控制系统中的液体混合等场合 " 最 &
= ! 6 民用声纳领域 在海洋业中 +磁致伸缩材料可被开发用于海洋捕
6 $ 捞 + 海底测绘 " & 地质上 + 可用于矿藏勘探 O 油井测 . $ 探" &在汽车工业中 +可被用于超声邻近传感器和超 P $ 声焊接 " 在材料领域 + 它被用于超声波无损探伤 Q 如 & ! 2 $ 在医学上 + 它可用做超声全息摄像 " 超 图 6所示 R & + " ! ! $ 声体外排石和心音搏脉传感器 &在电器方面 +日本 ! 6 $ 用超磁致伸缩材料研制出小型扬声器 " &此外 +它还 " ! = + ! # $ 可被用于激光 OS & T 唱机的聚焦控制
的成果 )但由于它们有限的伸缩量以及较低的居里温 度) 应用仍受到一定的限制 1 到了 ( ’年代 ) K 6K L > E M N 发 现 稀 土7 铁系化合物具有巨大的室温磁致伸缩效 应 )并且以其高的机电转换效率 )大的发生应力 )高 的能量密度和快速的机械响应等优点 )立即受到世界 高技术领域专家们的极度关注 1从此磁致伸缩材料出 现 了迅猛的发展 )尤其是 8 ’年代美国 I日本 I瑞士等 国家争先对其性能 I成分 ! 掺杂 # I相结构和磁结构做 了充分研究 ) 并在此基础上开发了大量的实用器件 1
O 磁致伸缩材料的特性及应用基础
F & G
效应 2磁性体被外加磁场磁化时 )其长 ! 5 #P ? Q E C 度发生变化 ) 可用来制作磁致伸缩制动器 1
万方数据 收到初稿时期 2 4 ’ ’ ’ 7 ’ 9 7 5 9 J 收到修改稿日期 2 4 ’ ’ ’ 7 ’ ( 7 5 ’ 作者简介 2 胡明哲 ) 男 )5 [ ( 9年生 ) 硕士研究生 ) 武汉理工大学新材料研究所 ) 武汉 % & ’ ’ ( ’ ) 电话 2’ 4 ( 7 8 ( ; 9 5 8 & ( 7 5 ’ ;
< 前
言
效应 2在一定磁场中 )给磁性体施加 ! 4 #R/ E E M / 外力作用 ) 其磁化强度发生变化 ) 即逆磁致伸缩现象 ) 可用于制作磁致伸缩传感器 1 随磁场变化 ) 杨氏模量也发生变化 ) ! & # S L效应 2 可用于声延迟线 1 ! % #R/ C S C TM U U效应 2在磁性体上形成适当的磁 路 )当有电流通过时 )磁性体发生扭曲变形 )可用于 扭转马达 1 使磁性体发生机械扭 ! 9 # 7 6U V / R/ C S C TM U U效应 2 曲 ) 且在二次线圈中产生电流可用于扭转传感器 1 ! ; # P Q TW效应 2系超磁致伸缩材料 )外加预应力 时) 磁致伸缩随外场而有跃变式增加 ) 磁化率也改变 ) 利用以上现象即可做成各种器件 1