超磁致伸缩材料的应用现状
超材料发展现状及应用前景分析
超材料发展现状及应用前景分析作者：韩雅娟褚文博来源：《新材料产业》 2014年第9期文 /韩雅娟褚文博中国国际工程咨询公司超材料（metamaterials）是一种人工电磁功能材料，由经过设计的金属微结构按既定的排布，镶嵌在树脂或陶瓷材料中构成，可实现对电磁波的调制，改变电磁波的传播方式等。
该种材料可突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能，为新材料设计开发带来新的机会。
作为一项诞生于 2000年的新兴交叉学科，超材料曾两次入选美国《科学》杂志“世界十大科技突破”，并于2010年被美国《科学》杂志评为过去10年中人类最重大的 10项科技突破之一。
一、超材料应用前景广阔超材料融合了电子信息、数理统计、生物医学、无线通信等新兴尖端领域先进技术，可广泛应用于航空航天、无线互联、生物医疗等众多高新技术领域。
因其特殊的电磁性能，超材料在雷达、隐身、电子对抗等诸多技术领域拥有巨大的应用潜力和发展空间。
突破吸波理论极限的超高性能吸波超材料以及透明超材料已在隐身飞机上投入应用。
超材料电磁薄膜卫星平板接收天线实现了平面化，具有小型化、可拼装的特点，是对传统抛物面天线的一次革命性技术创新。
采用超材料技术制造的高频射频器件，其体积和质量是同类产品的 1/4，峰值功率可达同类产品的 4倍。
此外，采用超材料技术，针对密度高、流量大、电磁环境复杂的WiFi无线覆盖解决方案也即将投入应用。
2013年，全球超材料产业市场规模约 2.9亿美元。
而据美国BCC Research公司预测，2019年超材料市场规模将达到 12亿美元，2024年则将达到30亿美元。
预计2019-2024年的年均复合增长率将超过 20%。
其中，电磁超材料将占到全部超材料市场规模的 40%～45%，应用前景十分广阔。
二、发达国家将超材料列入重要的战略领域、产业化技术逐步成熟美国、日本及欧洲等国家将超材料作为具有国家战略意义的新兴产业，积极投入到超材料技术的研发中，力争在超材料领域占据主导地位。
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。
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]。
超磁致伸缩材料在液压阀中的应用现状
给装 置 、 微 型马 达和平 面扬 声器 等 ， 新 型产 品拥有 不 同
于 以往产 品的特 征 。国 内外 很 多专家 也研 究 了超 磁致
伸缩 材料 驱 动 的 液 压 阀 。该 类 阀 继 承 了 Ｇ ＭＭ 应 变
大、 输 出力 大和 反应 快等 特性 ， 能够 满足快 速大 流量 的
液 压 与 气动
２ ０ １ ３年 第 ４期
超明 ， 何 忠波 ， 李冬伟 ， 李玉龙 ，崔 旭
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｇｉ ａ ｎ ｔ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｖ ｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ Ｈｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ Ｖａ ｌ ｖ ｅ
作者简介 ： 薛光明 （ １ ９ ９ ０ 一） ， 男， 山东菏泽 人 ， 硕士 ， 主要研究 方向为超磁致 伸缩 高速 开关 阀的设计 与控制 。
工作 要求 ， 提高 了阀体在 流体传 送 和控制 方面 的性 能 。
［ ２ ］ 卢继霞 ， 王炉平 ， 王乾 ， 等． 油液 污染度 的测定及相关 国际 （ 国家 ） 标准的应用 ［ Ｊ ］ ． 液压与气动， ２ ０ ０ ６ ， （ １ ０ ） ： ４ ５— ４ ９ ． ［ ３ ］ 姚成玉 ， 赵静一． 淤积原理在液压系统在线污染监 测 中的 应用 ［ Ｊ ］ ． 中国机械 工程 ， ２ ０ ０ ６ ，１ ７ （ ２ ） ： １ ２ ４—１ ２ ７ ．
ＸＵＥ Ｇｕ ａ ｎ ｇ — ｍｉ ｎｇ，Ｈ Ｅ Ｚｈ ｏ ｎ ｇ — ｂ ｏ，ＬＩ Ｄｏ ｎ ｇ － ｗｅ ｉ ，ＬＩ Ｙｕ— ｌ ｏ ｎ ｇ，ＣＵＩ Ｘｕ
（ 军械工程学院 车辆与 电气工程系 ， 河北 石家庄
０ ５ ０ ０ ０ ３ ）
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。
磁致伸缩材料的设计和应用知识分享
外加磁场作用下改变的理想化关系。 当磁场反向施加，现象理应相反，即 材料负向应变，但负向场产生了如同 正向场的伸长磁致伸缩效应。曲线形 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢4
与磁致伸缩效应相关的最为人们 所知的效应就是焦耳效应。即铁磁棒
精品资料
在纵向磁场中体积扩张（由于正向磁 致伸缩效应），或者缩小（由于负向
于声纳换能器的 Terfenol-D、用于无线旋转马达的 Terfenol-D、基于
Terfenol-D 的电动液压作动器、无线型直线微型马达、磁致伸缩薄膜的应用、
基于磁致伸缩效应的无接触扭矩传感器和其他应用。研究表明，磁致伸缩材料
具有许多优良的特性，从而可以被用于许多先进设备。
关键词：磁致伸缩效应；作动器；传感器；Terfenol-D
磁致伸缩材料的设计 和应用
精品资料
磁致伸缩材料的设计和应用
A.G Olabi A Grunwald
(都柏林城市大学 机械制造自动化学院)
摘要：磁致伸缩效应是指材料在外加磁场条件下的变形。磁畴的旋转被认为是
磁致伸缩效应改变长度的原因。磁畴旋转以及重新定位导致了材料结构的内部
应变。结构内的应变导致了材料沿磁场方向的伸展（由于正向磁致伸缩效
魏德曼效应的逆效应被称为马陶
作动器机理可以被用于多种用途的。 西效应。
另一种广泛应用的磁致伸缩效应
在线圈中通入交流电，产生纵向
被称为维拉利效应。这种效应基于这 磁场，这也反过来在试件中产生磁通
样的现象，当外力施加于试件，穿过 密度。已有的交变磁通可以被另一个
试件磁通密度由于磁场的产生而发生 线圈所探测，拾波线圈可以测量磁通
了改变。Terfenol-D 材料的 比例大 于 5，因此被用于Fra bibliotek动控制以及宽带
磁性材料的研究现状与应用
磁性材料的研究现状与应用磁性材料是指具有一定磁性的物质，其磁性是由材料中存在的磁性原子或离子所带来的。
磁性材料具有广泛的研究和应用价值，以下是目前磁性材料领域的研究现状和应用：1.磁性材料的研究现状：磁性材料的研究主要集中在其磁性机制、磁性性质和磁相变等方面。
研究人员通过控制材料的组成、晶体结构和微观结构等参数，实现对材料磁性能的调控。
其中，磁性相变是磁性材料研究的前沿课题之一、通过改变温度、外场或应力等条件，使材料从一种磁相态向另一种磁相态转变，研究人员可以揭示磁相变的机制及其在材料性质上的影响。
此外，研究人员还关注磁性材料的自旋输运、磁性纳米颗粒等基本问题，以及材料的磁光性质和磁阻效应等应用性问题。
2.磁性材料的应用：磁性材料在多个领域具有重要的应用价值。
以下是磁性材料的几个重要应用领域：磁存储技术：硬磁材料是磁存储设备中的重要组成部分。
研究人员通过改变磁性材料的组分和结构，提高其矫顽力和矫顽力之比，以增加存储密度，并提高存储性能。
电力装置：磁性材料广泛应用于电力装置中，如发电机、变压器、电机等。
通过选择合适的磁性材料，可以提高电力装置的效率和性能。
生物医学：磁性材料在生物医学领域有着广泛的应用。
例如，磁性纳米颗粒可以作为生物标记用于细胞成像和药物传递。
此外，磁性材料还可以用于磁共振成像和磁热治疗等领域。
传感器和电子器件：磁性材料在传感器和电子器件中扮演重要角色。
例如，磁性材料可以用于制造磁传感器，用于测量磁场强度。
此外，磁性材料还可以用于制造磁性开关、磁光器件等电子器件。
其他领域：磁性材料还在其他领域中有一些新的应用。
例如，在环境治理领域，磁性材料可以用于去除水中的污染物。
在能源领域，磁性材料可以用于制备高性能的磁性催化剂。
总之，磁性材料在研究和应用方面取得了丰硕的成果。
随着对磁性材料性质和应用需求的更深入研究，磁性材料将在更多领域中发挥重要作用。
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。
超磁致伸缩材料发展动态与工程应用研究现状
ＡｂｔａｔＴ ｅｏ ｔ ｕｒ ｔ ｓｕｔ ｎ ｏ ｉ ｔｍ ｇｅ ｓｉ ｉ ａ ｒ ｌ （ ＭＭ） ａ ｈｍｅ ａｄ ａ ｒａ ，ｔｅ ｓ ｃ： ｏ ｒｐ￣ ｈ ｃｒ ｎ ｉ ａｏ ｆ ｇ ｎ ａｎｔ ｔｃ ｖ ｍ ｔ ａ ｒ ｅ ｅ ｔ ｉ ａ ｏ ｒｔｅ ｅ ｓ Ｇ ｉ ｔ ｏ ｎ ｂｏｄ ｈ
基础上 ， 较全面地介绍 了国内外超磁致伸缩材料在各工程领域的应 用以及发展 状况。通过分析其历史沿革和最新成果 ，
对 未 来的发 展 方向 进行 了展 望 ， 对其 应 用 潜 力领 域进 行 了预测 。 图 ２参 ２ 并 ６ 关 键 词： 材料 学 ； 磁 致 伸 缩材 料 ； 状 ； 用 ； 超 现 应 Ｙ 方 向 Ｅ展 文 献标 志 码 ： Ａ 文 章 编号 ：０５２ ９ （０ １ ０ －１６０ １０ －８５ ２ １ ） １ １－４ ０ 中 图分 类 号 ：
第２ ９卷 第 １ 期 ２ １ ２月 ０ １年
ｈ 如ｄ ｔ 咖
轻 工 机 械 Ｍａ ｈｎ ｒ ｃ ｉｅｙ
Ｖｏ ｜ ９ Ｎｏ １ ｌ２ ． Ｆｂ２ １ ｅ ． ０１
［ 综述 ・ 专论］
Ｄ Ｉ ０３６／ ｉｎ１ ５ ８５２１．１ Ｏ： ． ９ ．ｓ． ０— ９． ０ １ ９ ｊｓ ０ ２ ０１
ｄｅ ｅｏ ｍｅ ａ ｉｔｒ ｆ ＧＭＭ ｓ ｒ ｖｅ ｄ ａ ｄ ｉｓ ｇ ｏ ｅ ｏｍａ ｅ ｉ ｅ ｃ ｂ ｄ． Ｔ ｅ ｓａｕ ｕ ｆ ａ ｐ ｉａｉｎ ａ ｄ ｖ ｌｐ ｎｔｌｈ ｓｏ ｙ ｏ ｉ ｅ ｉｗｅ ｎ ｔ ｏ ｄ ｐ ｒ ｒ ｎｃ ｓ ｄ ｓ ｒ ｅ ｆ ｉ ｈ ｔｔ ｓ ｑ ｏ ｏ ｐ ｌｃ ｔｏ ｎ ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆＧＭＭ ｎ ｄｆｅ ｅ ｔｅ ｇｎ ｅｉ ｇ ｆ ｌ ｓａ ｏ ｎ ｂ ｏ ｄ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ｙ ｔｅ ｓ ｒ ｅ ｙ ｔｍａｉａｌ ．Ｔｈ ｉ ｉ ｒｎ ｎ ｉｅ ｒｎ ｅ ｄ ｔｈ ｍｅ ａ ｄ ａ ｒａ ｓｐ ｅ ｅ ｔｄ ｂ ｕ ｖ ｙ ｓ ｓｅ ｔｃ ｌｙ ｆ ｉ ｈ ｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆＧＭＭ ｎ ｆ ｔ ｒ ｓ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｈ ｅ ｆ ｌｓ ｗｈ ｒ ｐ ｌ ｔ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｃ ｏ ｉ ｕ ｕ ｅ ｉ ｉｃ ｓｅ ．Ｔ ｅｄ ｅ ｅ ＧＭＭ ａ ｕ ｅ ｐ ｔｎ ｉｌｕ ｅ ａ ｅ ａｓ ｉ ｈ ｓ ａ ｈ ｇ ｏ ｅ ｔａ ｓ ｒ ｌｏ
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。
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。
超磁致功能器件的应用现状和发展研究
外力作用， 其磁化强度发生变化 ， 即逆磁致伸缩现象
（ 也称作压磁效应）可用来制作磁致伸缩传感器； ，
（）Ａ ３ Ｅ效应： 随磁场变化 ， 杨氏模量也发生变
化；
（）Ｖｅｅ ａｎ效应 ： ４ ｉ ｍｎ ｄ 在磁性体上形成适当的磁
表 １ 几 种 功能 材 料性 能对 比
由于超磁致伸缩材料应变值高、 能量密度大、 响 应决、 精度高 、 频带宽且具有智能响应 ， 利用超磁致 伸缩材料的磁致伸缩效应和压磁效应可构造各种功
路， 有电流通过时， 磁性体发生扭曲变形；
（）逆 Ｖｅｅ ａｎ效应 ： 磁性 体发 生机 械扭 ５ ｉ ｍｎ ｄ 使 曲， 在二次线圈 中产生 电流 ；
（） ｕｐ ６ Ｊ 效应 ： 系超磁致伸缩材料， ｍ 外加预 应力时， 磁致伸缩随磁场而产生跃变式增加 ， 磁化率
也发生改变．
Ｖｆ． ４ Ｎｏ ２ ２ ． Ａｗ １． ２ ０ ０７
文章编号：｝ －８３ ２０ ）１ ０６ ５ １０ ２５ （０ ７０ － ７－ ｛７ ０ ０
超磁 致功能器件 的应用现状和发展研 究
吴
大学 计算机学院 ， 吉林 吉林 １２２ ） ３０ １
猛 ， 朱喜林 彭太江 郑 ， ，
慧。
就会 产生振动 和声波 ， 利用该 性质 可以制作扬声 器 、 水声换能器 、 超声换能器 ， 其特点 是功率远 远大于 压
电陶瓷换能器， 可靠性高； 另外 ， 超磁致伸缩材料具
有压磁效应 ， 即在外 力作 用下 材料磁 化状 态发 生 变
化， 可做成各种力或位移传感器．
成精密位移驱动器 ， 其特点是精度高、 反应速度快 、
稀土超磁致伸缩材料
稀土超磁致伸缩材料致伸缩材料是近期发展起来的一种新型稀土功能材料。
它具有电磁能与机械能或声能相互转换功能。
“稀土超磁致伸缩材料”是当今世界最新型的磁致缩功能材料,是一种高效的Tb-Dy-Fe合金。
它在低磁场驱动下产生的应变值高达1500—2000ppm，是传统的磁致伸缩材料如压电陶瓷的5—8倍、镍基材料的40—50倍，因此被称之为“超磁致伸缩材料”。
“稀土超磁致伸缩材料”产生的应力大、能量密度高，可瞬间响应，并且具有可靠性高、居里温度高等优点，而且还是一种环保型材料；其所具有的卓越的电磁能与机械能或声能转换性能，是传统的磁致伸缩材料所无法比拟的。
“稀土超磁致伸缩材料”可广泛应用于众多行业的科学研究与生产制造领域，从军工、航空、海洋船舶、石油地质，到汽车、电子、光学仪器、机械制造，再到办公设备、家用电器、医疗器械与食品工业，无处没有它大显身手的机会。
在国防、航空航天和高技术领域：如声纳与水声对抗换能器、线性马达、微位移驱动（如飞机机翼和机器人的自动调控系统）、噪声与振动控制系统、海洋勘探与水下通讯、超声技术（医疗、化工、制药、焊接等）、燃油喷射系统等领域，有广阔的应用前景。
“稀土超磁致伸缩材料”对生产技术与生产工艺的要求极高，目前只有少数几个国家的个别企业能够生产。
由三个组元组成（Tbl －xDyx）Fey（X＝0．27~0．40，Y＝1．90~2．0）在较低磁场下具有很高磁致伸缩应变λ的合金，如 Tbo0．3Dy0．7Fe1．95首先于20世纪70年代初由美国海军表面武器实验室的 A． C．Clark博士等人发明，当即他们申请了美国专利。
美国海军表面武器实验室于1987年将该专利技术转让给美国阿依华州 A mes市的前沿技术公司创建了专门生产稀土超磁致伸缩材料的 E trema INC分公司。
随后美国的 G ibson和Verhoeven等人对Tbo0．3Dy0．7Fe1．95合金晶体取向棒材（包括管材，片材等）的制造设备、技术与工艺做了大量的研究，发明了一种连续生产取向（Tb－Dy－Fe）磁致伸缩材料的方法，并申请了专利。
超材料的研究与应用前景分析
超材料的研究与应用前景分析超材料是一种新型材料，其结构和性能可超越自然界中存在的材料。
超材料的出现为人们提供了一种新的可以自由设计电磁波性质的方式，被广泛用于电磁波隐身、电磁波透镜、电磁波干扰、太赫兹成像等领域。
本文将分析超材料的研究现状，以及超材料在各个应用领域的前景。
一、超材料的研究现状超材料是电磁学中的一种人工材料，被定义为空间中各向异性电磁性质的人工结构体。
其特点在于可以人工设计制造，比自然材料拥有更广泛的电磁性质（如负折射率）。
超材料的研究与应用已经成为当今电磁学领域的前沿热点之一。
超材料技术作为一项全新的研究领域，已经经历了几十年的发展。
1976年左右，serruya和leibowitz创造了第一个超材料，用来实现超导体之间的相互作用。
1999年，John B. Pendry提出了“时空透镜”的概念，并在第一篇相关论文后的两年发表了第二篇文章，进一步探索了负折射率材料的性质。
那时，超材料的研究仅仅停留在理论模型的探究和实验验证阶段。
近年来，科学家们发展出了一整套设计和制造超材料的技术方法，此技术可以用于电磁波吸收和防护，电磁波隐身，超材料透镜等领域。
目前，实现超材料的制造主要包含两种方法：一种是通过电子束、激光刻蚀、热处理、化学蚀刻等方法制造微米级甚至纳米级的结构；另一种是基于现有材料制备新型复合材料。
二、超材料在电磁波隐身领域的应用前景超材料具有负折射率和其他奇特性质，使其成为一种有用的材料，可以用于电磁波隐身。
在电磁波隐身技术中，超材料通常用于实现电磁波的折射和反射，使得传入射线无法被探测到。
超材料是电磁隐身的理想材料，由于它们是人造的，在制造过程中可以定制它们的物理参数，使其可用于特殊的电磁波隐身任务。
已经有相当数量的研究表明，超材料在电磁波隐形领域将有大量的应用，预计将极大地提高电磁隐身技术的效率和作战能力。
三、超材料在电磁波透镜领域的应用前景超材料的透镜特性也是研究人员所关注的一个领域。
磁致伸缩波导丝材料
磁致伸缩波导丝材料
磁致伸缩波导丝材料是一种新型材料，具有独特的磁性和形变特性。
该材料可以在外加磁场的作用下发生形变，从而改变其电学性质，实现信号的传输和处理。
这种材料在通信和计算机领域有着广泛的应用前景。
磁致伸缩波导丝材料的制备需要先将铁磁性材料与非铁磁性材料复合，然后通过拉丝工艺制备成丝状。
该材料的特殊结构使其具有优异的磁致伸缩性能，能够在磁场作用下呈现出明显的形变效应。
磁致伸缩波导丝材料的应用主要集中在微波器件和传感器领域。
它可以用于制造微波开关、微波调制器、微波滤波器等器件，还可以用于制造形变传感器、应变传感器等传感器。
这些器件和传感器具有体积小、响应速度快、精度高等优点，是现代通信和计算机技术中不可或缺的组成部分。
磁致伸缩波导丝材料是一种具有广泛应用前景的新型材料。
随着科技的不断进步，它在通信和计算机领域的应用将会越来越广泛。
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专题综述 文章编号:100320794(2006)0520725203超磁致伸缩材料的应用现状方紫剑,王传礼(安徽理工大学,安徽淮南232001)摘要:稀土超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料具有应变大、响应速度快等优点。
介绍了超磁致伸缩材料(G M M)及基本特性,且较全面地论述了超磁致伸缩材料2类执行器在各领域(特别是在液压元件和微型马达)中的应用及研究现状。
关键词:超磁致伸缩材料;液压元件;微型马达中图号:TP39文献标识码:AApplications of G iant Magnetostrictive MaterialFANG Zi-jian,WANG Chu an-li(Anhui University of Science and T echnology,Huainan232001,China)Abstract:The giant magnetostrictive material(G M M)has the advantages of high strain and fast response.The giant magnetostrictive material and its basic characteristics are presented.The current researches on applica2 tions of tw o kinds of G MA in various fields(particularly in the field of hydraulic com ponents and micro-m o2 tors)are com prehensively introduced.K ey w ords:giant magnetostrictive material;hydraulic com ponent;micro-m otor1 超磁致伸缩材料(G M M)的性能特点G M M与压电材料(PZT)和传统磁致伸缩材料Ni、C o等相比,具有独特的性能:(1)在室温下的磁致伸缩应变大,是Ni的40～50倍,是PZT的5～8倍;(2)能量密度高,是Ni的400～500倍,是PZT的10～25倍;(3)响应速度快,一般在几十毫秒以下,甚至达到微秒级;(4)输出力大,负载能力强,可达到220～800N;(5)其磁极耦合系数大,电磁能机械能的转换效率高,一般可达72%;(6)居里点温度高,工作性能稳定。
此外,声速低,约是Ni的1Π3,PZT的1Π2。
鉴于G M M的上述优良特性,这种材料在许多领域中已引起人们的广泛重视。
2 物理效应与应用形式2.1 超磁致伸缩材料的物理效应(1)Joule效应 磁性体被外加磁场磁化时,其长度发生变化的现象,可用来制作磁致伸缩转换器。
(2)Villari效应 由于形状变化,致使其磁化强度发生变化的现象,可用于制作磁致伸缩传感器。
(3)ΔE效应 随磁场变化,杨氏模量也发生变化的现象,可用于声延迟线。
(4)Viedemann效应 在磁性体上施加适当的磁场,当有电流通过时磁性体发生扭曲变形的现象,可用于制作扭转马达等。
(5)AntiViedemann效应 当磁致伸缩材料沿轴向发生周向扭曲,同时沿轴向施加磁场,则沿周向出现交变磁化的现象,可用于扭转传感器。
(6)Jum p效应 当超磁致伸缩材料外加预应力时,磁致伸缩呈跃变式变化,磁导率也发生变化。
以上效应是超磁致伸缩材料的应用研究基础,利用这些效应可做成各种器件。
2.2 超磁致伸缩材料在工程中应用的2种形式按照是否采用基片可将超磁致伸缩执行器(G MA,G iant Magnetostrictive Actuator)分为2类:(1)直动型 直动型超磁致伸缩执行器一般使用超磁致伸缩棒(例如T erfenol-D),当作用在其上的磁场变化时产生形变,从而推动负载运动。
(2)薄膜型 这类执行器一般是采用在非磁性基片(通常是用一些半导体材料如Si制成)的上、下表面采用闪蒸、离子束溅射、电离镀膜、直流溅射、射频磁控溅射等方法分别镀上具有正(如:TbFe)、负(如:SmFe)磁致伸缩特性的薄膜制成,当在长度方向外加磁场时,产生正磁致伸缩的上表面薄膜伸长,而产生负磁致伸缩的下表面薄膜缩短,从而带动基片发生偏转。
3 两种G MA的应用现状基于超磁致伸缩材料的微位移执行器具有大位移、强力、响应快、可靠性高、漂移量小、驱动电压低等优点,因而在液压元件、微型马达、声纳换能器等工程领域均显示出良好的应用前景。
2种形式的G M M在工程中都有广泛的应用,本文着重介绍了2种形式的G M M在液压元件和微型马达中的应用。
3.1 直动型G MA的应用现状目前,直动型超磁致伸缩执行器较多应用于微型泵、各种阀门、微型马达、声纳等产品中。
(1)微型泵瑞典ABB公司用T erfenol-D为驱动元件设计了微型泵;日本用T erfenol-D制成了微型隔膜泵;英国SanT echnology公司的DariuszA.Bushko和James.H.G oldie用T erfenol-D棒制成了微型高压隔膜泵,其结构如图1,结合水力和电控装置,可实现强力、大行程的水力驱动,既可线性输出又可旋转输出,体积小且易于控制,其工作原理通过线圈驱动G M M第27卷第5期2006年 5月 煤 矿 机 械C oal Mine Machinery V ol127N o15M ay.2006棒发生伸缩动作,推动隔膜运动从而改变工作腔的容积,实现吸排油。
图1 高压薄膜泵的结构图Fig .1 Structure diagram of high -pressure membrane -pump11外壳 21线圈 31预压弹簧 41工作腔 51输出阀(高压)61输入阀(低压) 71隔膜 81G M M 棒 91永磁体(2)微型阀Hartmut Janocha 采用设计超磁致伸缩执行器设计了喷射阀,M.G oodfriend 等人采用超磁致伸缩执行器改造比例滑阀;T akahiro Urai 等采用超磁致伸缩执行器研制了直动式伺服阀;国内浙江大学流体传动与控制国家重点实验室较早开展了G M M 的应用研究并设计出气动喷嘴挡板型伺服阀。
江苏淮海工学院的石延平教授设计了使用超磁致高速开关阀,其结构见图2。
如图所示超磁致执行器的输出位移通过杠杆放大,分别驱动阀芯和活动阀套相对运动。
杠杆放大倍数为8,即阀芯与阀套的相对位移放大8倍,从而实现高速开关。
图2 高速开关阀结构图Fig .2 Structure diagram of high -speed switch valve11位移放大杠杆 21G M A 31开关阀(3)微型马达美国、日本和欧洲分别研制了用G M M 或G M M 和压电材料组合的直线电动机和振动型马达,并且已有多个G M M 马达专利。
例如Clark A E 等根据T erfenol -D 的“磁致伸缩跃变效应“设计制作的英寸蠕动马达。
C.Frank 等人用2个T erfenol -D 的线性驱动器和一个圆环装置设计出一种振动型马达。
德国的L.K iesewetter 利用T erfenol -D 棒研制成功一种尺蠖式马达,图3为其结构示意图。
图3 尺蠖式马达示意图Fig .3 Sketch m ap of cankerw orm -type motor当线圈通入电流并且位置发生变化时,超磁致伸缩棒交替伸缩,像虫子一样蠕动前进。
美国的J.M.Vranish 等利用蠕动原理采用超磁致伸缩材料开发出转动式步进马达。
(4)声纳国际上最先使用的超磁致电-声换能器叫方环换能器,是一种内方外圆形的水下器件,其结构如图4,它的驱动部分是由4根T erfenol -D 棒组成,其共振频率可达2kH z 。
现在采用超磁致伸缩材料的大功率电-声换能器已广泛用于军事技术、海洋探测、地质勘探、石油工业,此外在清洗、除垢、分离、乳化、破碎、机加工、塑料焊接、探伤和医疗器械等方面,超磁致超声声纳也具有广泛的应用前景。
例如:ETRE MA 公司用T erfenol -D 制成了3kW 的超声换能器。
用于废旧轮胎破碎,同时还用T erfenol -D 制成了超声手术刀。
图4 超磁致方环换能器Fig .4 G iant m agnetostrictive squ are -ring energy -transducer(5)在其它方面应用由于G M M 的诸多优良特性,它还被广泛应用于减振降噪、超精密加工、传感器、电子器件等领域。
3.2 薄膜型超磁致伸缩执行器近年来,薄膜型超磁致伸缩微执行器的开发与应用已成为一个新的研究热点。
(1)微型泵德国E.Quandt 等人利用G M M 薄膜型执行器设计了微型泵,图5为其示意图。
图5 G M M 薄膜泵示意图Fig .5 Sketch m ap of G M M membrane -pump11G M M 薄膜 21工作腔它由2部分组成,将2部分贴合在一起后当施加一定的磁场,G M M 薄膜便会发生变形从而带动基片上下偏转运动改变工作腔的容积,从而实现吸排油。
当基片向上偏转时泵吸液;当基片向下偏转时泵排液。
当外磁场变化频率为2H z 时,泵的输出流量可达10μL Πmin ,输出压力可达100Pa 。
(2)微型阀E.Qtandt 等人研制的一种悬臂梁式超磁致伸缩薄膜微型阀,它利用薄膜的伸缩效应就可实现阀的工作,其结构见图6。
当阀门关闭时,通道口与镀有磁致伸缩薄膜的基片紧紧相连,液体在连通的上、下2个腔体中同时存在但不外流。
当外加磁场时,磁致伸缩薄膜发生变形使基片产生弯曲,这时通道口 ・726・ 超磁致伸缩材料的应用现状———方紫剑,等 第27卷第5期 文章编号:100320794(2006)052072720421世纪快速原型制造技术储开宇(华北电力大学机械学院,河北保定071000)摘要:快速原型技术是20世纪末兴起的一项先进制造技术,该技术可以缩短产品的生产周期、降低成本、提高产品的质量。
介绍了快速原型技术的基本原理,工艺方法和技术特点,探讨了快速原型技术今后的发展方向。
关键词:快速原型;分层;制造技术中图号:TG 249.9文献标识码:A21Centure ’s Modern Manu facture T echnology -rapid PrototypingManu facturingCHU K ai -yu(Mechanical Engineering C ollege of N orth China E lectric P ower University ,Baoding 071000,China )Abstract :Rapid prototyping is an advance manufacturing technology which rose in the end of 20th centure ,Theproduction period is shortened ,cost is reduced ,and product quality is im proved by using this advance manu facturing technology.The fundamentals ,technological method and technical characteristic of rapid proto 2typing are briefly introduced.The developing direction of rapid prototyping in the future is approached.K ey w ords :rapid prototyping ;laminated ;manu facturing technology1 快速原型技术的原理快速原型技术简称是RP (Rapid Prototyping ),采用逐点或逐层成形方法制造物理模型、模具和零件的一种先进制造技术。