磁致伸缩聚合物及其复合材料研究进展

中
,
复 合 材料 内部 气 孔 较 难 排 净
。
,
会降
树 脂流 动 过 程 中不 至 于 脱 离 在 磁 场 取 向
后 的位 置
。
球物 理 勘 探
辽 河 油 田 应 用 这种 材 料
,
低材 料 的磁 致 伸 缩 性 能
最近美 国的
利 用 取 向注 射 工 艺
。
磁 致伸
,
开 发 出 了 井 下 物 理 法采 油装 量
自旋 多重 态 的 分 子 或 者 聚合 物 以及 开 壳
层 单 体 的聚 合 物 等 四 种
。
步 发 展 新 型 结 构 的磁 致
。
性 能 以及 普通 磁 学性 能 磁 致 伸 缩 系
数
、
国 内外 目前 已
伸缩 聚 合 物材 料
、
弹性 模 量
,
磁机械 藕合 系 数
。
。
经 进 行 研 究 的分 子 设 计 方法 主 要 包 括 高
国 防装 备
、
料
,
其应 用 涉及航 空航 天
、
一 磁致伸缩原理 以及 聚 合物材料 实现磁致 伸 缩 性 能 的 必 要 条件
材 料 的磁 致伸缩性 能可 用 简单 的椭
圆模 型解 释
。
、
从 微观 结 构 角 度 分 析
,
目前 的无 机
、
磁 致伸 缩 材 料 大 都 是 由过渡 金 属元 素
烯 土 元 素 等 组成
东北 大
,
教授 带领 的研 究
小 组 首 先 尝 试 了注 射 成 型
。
缩 粒 子 可 以在 干 燥 的 状 态 下 进行 取 向
因此 粒 子 转 动 自 由度 大
,
学 和 大连 理 工 大 学 应 用 这 种材 料
拟在
。
试 图解 决压
,
因 而 取 向较 容
。
进给 和 精 密 定 位方 面 进 行联 合 开 发
还 没有
统 一 的结论
仍 需 进 一 步论 证
,
。
大 部 分 的研 究 结果 表 明
磁致 伸缩
介质 的 形 状和 颗 粒 小对 复合材 料 的磁 致 伸缩 系 数
用
。
、
极 限 频 率 有 着 明 显 的影 响作
,
在 一 定 的颗 粒 尺 寸 范 围内
,
随着 颗
粒 尺 寸 的增 大
复合 材 料 的 磁致 伸 缩性
。
不 易氧 化
易于加
可 以将 产 生 磁 致 伸 缩 的原 因 总 结 为
它们 的 组 合
心 间 的相 互 作 用
以某种 方 式 引入顺 磁 中
工 成 型等
对 于磁碉伸缩功 能材料而
三个方面
自发 形 变
由于 交 换 力
使 相邻 的顺 磁 中心 间
《塑 胶 工 业 》
哑
中国塑 料 机械信 息 网
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作 为基 体
, ,
关 于 高 分 子 材 料 磁 致 伸 缩 性 的研 究 文 献
主要 是 作 者课 题 组 的研 究
。
成 复合 材 料
利 用 这 种树 脂
,
有 资料 表 明
这种通过分 料是 在
,
,
这 种 磁 致 伸 缩 复合 材 年 开 始研 究 的
,
独 特 的加 工 特 性 熔
,
即 树 脂合 成后 加热可
。
,
因 此近 年 来受 到 研 究者 的广泛 关
叠 加 的作 用
造成 尺 寸变化
形状
效应
单 磁 畴样 品 为 降低 退 磁 能 体 积 会
。
的现 象
作 为 智 能 材料 的 一 种
、
,
磁致伸
、
发 生 改变
缩 材 料 因 其 特 殊性 能 成 为 精 密 致 动 器 智 能传 感 器
、
换 能器 等器件 的核心 材
从 目前 的 研 究 现 状 看
,
他采
再 次加热 到 一 定 温度 后 则 不 可 熔
。
子 设 计 实现 磁 致 伸 缩性 能 的方法 具 有 很
用环 氧基 体
制备 了复合材料
。
。
但并
年
,
制 备磁致伸缩 复合 材 料
开 拓 了树 脂基
,
较 大 困难
一 是 合 成条 件 苛 刻
,
,
实现 难 三
没 有 公 开 发 表 其 实验 结 果
以下 三个特 点
。
这 些 原 子元素 都具 有
原 子 核 外 电子 排 布 或 电子 能
,
超 声探 测
精 密 自动控 制
,
、
机 器 人等 高
。
新 技 术领域
因 此 受 到 世 界 高技术领域
,
中
,
要 具有 未抵 消 的
专 家们 的极 大 关注
发 展迅 猛
然而
,
假 设 材料 为 椭 圆 型
。
,
磁化
原 子 存 在 稳 定 的未 满 电子 壳 层
能提 高
,
材 料 总 的损耗减 小
,
。
极 限频 率
提高
。
但是
复合 材 料 的 抗拉 强 度 随 着
颗 粒 尺 寸 的增大会逐 渐 降低
磁 致伸缩 复 合 材 料 的 制 备 方 法 和 工 艺 过程 对 磁 致 伸 缩复 合 材料 的 性 能 也 有
着 重 要 的影 响
。
磁致 伸 缩 复 合 材 料 的制
,
的作用
,
晶 体 自发 磁 化
,
晶体 形 状 改 磁
优势
,
还 能 解 决无 机 磁 致伸缩材料 目前
变
,
引 起 尺 寸 变化
,
场致 形 变
通 常 是 指 铁磁性 材
难 以解 决 的高频交变磁场 下 的涡流 效应 问题 注
。
场 作用 下
由于 轨 道 藕 合和 自旋 祸 合 相
,
料 或 者 亚 铁磁 性 材料 由于 磁 化状 态 的改 其 长 度 和 体 积都 要 发 生 微 小 的 变 化
、
中 国 科 学 院 磁 学 开发
、 、
展 非常 迅 速
对 于 磁 致 伸 缩材 料 而 言
,
以 上 是 环 氧树脂
,
也
研 究 室 等 相 继 开 展 了 高 分 子 强磁 体 的设
计原理
为 了适 应 材 料 在 高 频 条 件 下 的 应 用
研
有少 数研 究 者 使 用 了 酚 醛 树 脂
以橡 胶
、
总 结 了聚 合 物
磁 致 伸 缩 复 合 材 料 的 性能 影 响 因 素 合 物 及 其 复 合材料 的研 究 方 向
。
制 备 方法 以及应 用 情 况
。
提 出 了 今 后 磁致伸缩 聚
关键 词
磁 致伸缩
聚 合物
复合 材 料
前曰
所 谓磁 致伸 缩 变
,
言
,
聚 合 物 及 其复 合 材料 不 仅 具 备这 些
不 易加 工 成 型
满 足 不 了许 多特 殊 用 人 们 逐渐 发现 了 这 些 材
,
、
、
会增大
,
即提 高磁 致 伸 缩 应变
则至 少 要 满 足 两 个条 件
,
、
途
。
近年来 随着各种 功 能聚 合 物 及 其 复
,
从 人们 最 初 发 现 无 机 材 料 磁 致伸缩
引 入 具 有 未 配 对 电 子 的 顺磁 中心
,
虽然从
随着 各种 高 分子 功 能 材 料
树 脂 粘 结 剂 的种 类
粘 度 系数
、
含
极
研 究 有机 强 磁 性 梅 登 研 究 中心 研 究所
、
近几年美国工
埃尔
的发展
,
复 合 型 高 分 子 功 能材 料 因 其 具
量 是 影 响 复 合 材 料 的 磁 致 伸缩 系数
限频 率
、
、
、
俄 罗 斯莫 斯 科 化 学 物 理
,
高分 子材料 是 有机元 素 等
,
,
在 外 加 高 频 交变磁 场
使椭 圆形 状 发 生 变 化
度 发 生 变化
,
则 材料 的 宏 观 长
。
这 些 元 素 只 有 或 电子
,
电子 层 一
磁 致伸缩材料 内部 将 产 生 巨 大
,
即发 生 磁 致伸缩现 象
,
如
般 是 闭 壳层
因此
,
呈 现抗 磁 性
。
传 统 意义上 的 磁致伸缩 材料 绝 大 部 分都
是 由过 渡 金 属 元素 素 构 成 的无 机物 作用 下
,
,
、
沿 椭 圆 的 长 轴 方 向进 行 加磁场 时
,
在此 椭 圆上 施
够 提供 稳 定 的磁距 源
相对而 言
、 、 。
构成
、
烯土 元素 等 无 机元
由于 沿 磁 场 方 向磁 化 的作用
伸缩 性 能 越 好
机 电藕 合 系数越 小
,
树
随
从磁性 能看
,
,
。
自此 开 始
,
,
陆续 有 相 关 的研 究
、
脂 含量 对 材 料性 能 的影 响 比较复杂
,
这 种 高分 子 磁 体 材 料属 于 软磁 性
比
成果 发 表
个方面
。
其 研 究 内容 主 要 包 括 以下 几
着树 脂 含 量 的增 加
复合 材 料 的
有机强磁体
我 国学 者 也 进 行 了 高 分 子
,
相 关 的研 究 工 作 是 用 高 分 子 材 料 作
,
伸 缩 复 合材 料 树脂
一
。
美 国的
有 机磁 性 材 料 的 应 用 开 发 研 究
但 目前
胶 粘剂
将 无机 磁致 伸 缩 复合 材 料 粘 结
。
教授最 近 使 用 了热塑性 聚 酞 亚 胺
的 涡 流 效应 的应 用 前途
严 重扼 杀 了 此种功 能 材料
同时
, ,
果 在 施加 磁 场之 前
一 定 载荷 的 作 用
,
在 材料 上 预 先 施 加
要 得到 有 机 元 素 为主 的 高分
,
。
无 机材料 密 度 大
,
则 这个 形 状变 化 量 将
。
子 磁 致伸缩 材 料 以 强磁 性
,
必 须首先 赋 予 聚 合 物
磁 场 取 向作 用 下 的 复 合 材料 的
分 子金 属 络 合 物 的分 子 设 计
。
、
利 用 电荷
转 移 现 象进 行 分 子 设 计 以 及 纯 有 机 体 设
计等
二 磁 致伸缩聚合物基 复合 材料 的 研 究 进 展
近年来
,
磁致伸 缩 性 能研究
、
磁 致 伸缩 复合材料 的影
、
响 因素
年 代起 科 学 家 们 已 开 始
、
有 许 多 本 征 型 高 分 子 功 能材 料 所 不 具 备
机 电藕 合 系 数
、
弹性 模 量 以及
。
日本 冈琦 分 子 研 究 所
、
英 国伦
的优 点
,
引起 了研 究 者 的广 泛 关 注
。
,
发
,
机械 强 度 的 重 要 影 响 因 素
应用 的 粘 结剂
目前 研 究 中
,
敦玛 丽 王 后 学 院
体 的范 围
。
对 于 环 氧树脂粘 结 剂来 说
, ,
度高
二是合成产率低
可 重 复差
首 次 公 开 其 实验 结 果
,
采 用环
的复
树 脂 的粘 度 系数 越 小
复 合材料 的磁 致
。
是 生 产 成 本低 影 响 了其 发 展
。
这 三个方 面 的 因 素严 重
同时
,
氧基体 合材料
,
获 得 了饱 和 应 变 为
磁 致伸缩复合 材料性 能 的影 响
。
有 机磁 性 体 的主 要 途 径 包 括 自旋 交 换
,
内部磁 畴 结 构 以及 自由磁 化 程 度 决 定 着
,
电荷 转 移 复 合 物
高
这 种 材 料 的 磁 致伸 缩 性 能非 常微 弱 此 还 有待 于 进 一
,
因
磁 致 伸缩 复 合 材 料 的 高 频 磁 学
。
合成 方 法
,
模 型 制备
结构 分
究 者 自二 十 世 纪 八 十 年 代 开 始 了无 机 磁 致 伸缩 复合 材 料 的 研 究 中
,
。
和 热 塑 性 树 脂 为 粘 结 剂 的研 究 很 少
析等工作
但 目前 为 上仍 未 获 得 理 想 的
。
在 目前 的研 究
日本 东 海 大 学 使 用 硅 橡 胶 制 备 了磁 致
,
极限
磁 化 强度 为
一
“
,
剩磁 为
,
磁 致伸 缩材 料颗粒 大 小
含
频 率 和 抗拉 强 度 提 高
规律
,
对于树脂含量对
勺
,
磁 感矫顽 力 为
初始
量
、
分布 以及 树 脂 的 粘度 系数 对 复 合 材
磁 致 伸 缩 系 数 以 及 机 电祸 合 系 数 的影 响
研 究 者 的研 究 结果不 同
,
,
。
备 方 法 大部 分 采 用压 制 成 型
压 制成 型
中 国塑 料机 械 信 息 网
《塑 胶 工 业 》
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磁 致 伸缩聚 合 物 及其 复 合 材 料研 究 进 展
文 詹茂盛
,
丁乃秀
ห้องสมุดไป่ตู้
、
北 京航 空 航 天 大学
,
、
材 料科学 与 工 程 学 院 北 京
,
摘
要
在 总 结 无 机 磁 致 伸 缩 材 料 特 点 的华 础 上 条件
,
归纳 分析 了 聚 合物 材 料 获得 磁 致伸缩性 能 的
。
并回顾 了近 年来 有 关 磁致伸缩 聚 合 物 及 其复 合 材 料 的研 究历 程
http://www.cnki.net
自旋 平 行 趋于一致
,
使 得 所 有 的 顺磁 中 心 间 自旋
目前 科 学 家 们 提 出 的 获 得
磁 导率 为
一
时
。
这 种 高分 子
,
料磁 致伸 缩 性 能的 影 响
。
磁 体 材料 的磁 性 远 小 于 铁 磁 性 材料
其
制 备 工 艺 路 线 以及 工 艺 参 数 对
可 以是 各 种 过渡 金 属 离 子
、
合 材 料 的发 展
性 能 到现 在 已 经有
多 年 的历 史 了
,
有 机 自由
,
料具有许 多无 机 物所 无 法 取 代 的 优 点
如密 度 小
、
根 据 科 学 家们 大 量 的 实验 和 理 论 研 究结
果
,
基
极化 子 等有 自旋 的准粒 子
,
或者 是
重 量轻