浅谈磁致伸缩材料

周文文41255020 计1201浅谈磁致伸缩材料摘要：这学期我学习了《智能材料与结构》这门课程。

短短九周的时间，使我对智能材料的各个板块都有了广泛认识的同时，对于磁致伸缩材料这一方面也产生了很大的兴趣。

本文主要对于磁致伸缩材料的定义、原理与应用进行详细的介绍，并简明扼要的讲述磁致伸缩材料的发展现状及趋势和超磁致伸缩的应用与前景。

关键词：磁致伸缩效应磁致伸缩材料应用超磁致伸缩1、磁致伸缩效应及其历史磁致伸缩是磁性材料由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化。

物质都具有热胀冷缩的现象。

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(效应)。

1842年，英国物理学家詹姆斯.焦耳发现有一类铁磁类材料，如：铁，在磁场中会改变长度。

焦耳事实上观察到的是具有负向磁致伸缩效应的材料，但从那时起，具有正向磁致伸缩效应的材料也被发现了。

磁致伸缩现象的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应）。

在此伸展过程中，总体积基本保持不变，材料横截面积减小。

总体积的改变很小，在正常运行条件下可以被忽略。

增强磁场可以使越来越多的磁畴在磁场方向更为强烈和准确的重新定位。

所有磁畴都沿磁场方向排列整齐即达到饱和状态。

图1中即为长度随磁场强度变化的理想化曲线。

H2、磁致伸缩材料材料、信息与能源称为现代人类文明的三大支柱，其中材料最为基础，国民经济的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料一特别是高性能材料发展的制约或推动。

传统的电工材料一般是指电工设备中常用的具有一定电、磁性能的材料，按用途可分为4大类：绝缘材料、半导体材料、导体材料和磁性材料。

但随着科学技术的迅猛发展，各种新型高性能材料不断涌现。

为电工及相关行业的发展起到巨大的推动作用，应用领域也在不断拓宽，因此，把应用于电工产品的材料和以电、磁性能为特征的新功能材料均定义为电工材料，提出了新型高性能电工材料的概念，目前主要包括超导体材料、超磁致伸缩材料、磁性液体材料、电(磁 )流变液、乐电(铁电)材料和磁光材料等。

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。

各个材料的磁致伸缩系数磁致伸缩（Magnetostriction）是指材料在磁场作用下发生的尺寸变化现象。

磁致伸缩系数是衡量材料磁致伸缩效应的重要参数，表示材料在单位磁场下产生的相对长度变化。

不同材料的磁致伸缩系数各不相同，下面将介绍几种常见材料的磁致伸缩系数。

1. 铁磁材料铁磁材料是指在外磁场作用下能够产生明显磁致伸缩效应的材料。

最典型的铁磁材料是铁、镍和钴。

这些材料的磁致伸缩系数一般在10^-6到10^-5之间，属于中等强度的磁致伸缩材料。

铁磁材料的磁致伸缩效应被广泛应用于磁致伸缩传感器、磁致伸缩驱动器等领域。

2. 铁氧体材料铁氧体材料是一类具有高导磁性能的磁性材料，其磁致伸缩系数相对较小。

一般来说，铁氧体材料的磁致伸缩系数在10^-7到10^-6之间。

铁氧体材料常用于制造磁芯、电感器等电子元器件，其磁致伸缩特性可用于制造压电陶瓷材料。

3. 铁氧氮材料铁氧氮材料是一类新型的磁性材料，具有较高的磁致伸缩效应。

铁氧氮材料的磁致伸缩系数一般在10^-5到10^-4之间，是一类较高强度的磁致伸缩材料。

铁氧氮材料的磁致伸缩效应可应用于制造磁致伸缩传感器、磁致伸缩驱动器等高精度设备。

4. 铁镁硅合金材料铁镁硅合金材料是一种具有良好磁致伸缩效应的磁性材料。

铁镁硅合金材料的磁致伸缩系数可达到10^-4以上，是目前磁致伸缩效应最强的材料之一。

铁镁硅合金材料的磁致伸缩特性广泛应用于制造磁致伸缩驱动器、磁致伸缩换能器等领域。

5. 非铁磁材料非铁磁材料是指在外磁场作用下不产生明显磁致伸缩效应的材料。

非铁磁材料的磁致伸缩系数一般较小，通常在10^-8以下。

非铁磁材料的磁致伸缩效应较弱，常用于制造结构件、机械零件等领域。

在实际应用中，根据不同的需求可以选择适合的材料来实现特定的磁致伸缩效应。

磁致伸缩系数的大小决定了材料在磁场作用下的变形程度，对于磁致伸缩传感器、磁致伸缩驱动器等设备的性能具有重要影响。

因此，在材料选择和设计中，需要考虑材料的磁致伸缩系数以及其他相关性能，以满足特定的应用需求。

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（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。

大磁致伸缩材料用途
大磁致伸缩材料是一种智能材料，其主要特点是可以通过外界磁场的作用来改变其形状和尺寸，具有重要的应用前景。

以下将从医疗、工业和科学研究三个方面来介绍其用途。

一、医疗应用
大磁致伸缩材料的磁致伸缩效应可以促进人体组织的生长和修复。

因此，它可以应用于人工器官、生物传感器、药物输送等方面。

例如，大磁致伸缩材料可以用于骨骼系统的修复，将其种植至损伤组织内，当外界的医疗磁场作用于其后，大磁致伸缩材料就可以促进骨骼的生长，促进受损组织的修复。

此外，大磁致伸缩材料还可以制备成仿生肌肉，可以用于制作运动感应器或积木附着器等。

二、工业应用
大磁致伸缩材料的主要应用领域是工业领域。

其可以被用于制造智能机器人、电缆、传感器、气压开关等，可以应用于大磁致伸缩材料的温度敏感和磁神经效应。

例如，在机器人领域中，大磁致伸缩材料可用于仿生臂和仿生手，在人体外观和操作能力方面都比较接近人类。

同时，大磁致伸缩材料汇有一定的速度和精度，在传感领域中，大磁致伸缩材料可以制备成扭曲传感器、剪切传感器等，广泛应用于工业自动化和智能制造等。

三、科学研究应用
大磁致伸缩材料在科学研究中也有很大的应用价值。

如在物理、化学、材料学等科研领域中，大磁致伸缩材料可以用于制备高频振子、纳米尺度的机械器件等，有利于研究更加微小或复杂的现象和材料性能。

同时，大磁致伸缩材料还可以应用于精密测试仪器，如量子纠结仪、光谱仪等，因其具有高度的灵敏度和稳定度。

总之，大磁致伸缩材料在医疗、工业和科学研究等领域中都有着非常广泛的应用前景，相信未来这一材料会在各个领域中发挥出更加重要的作用。

Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金研发及技术储备磁致伸缩现象：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，其尺寸又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。

磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变）λ来描述，λ＝（lH —lo）／lo， lo为原来的长度，1H为物质在外磁场作用下伸长（或缩短）后的长度。

一般铁磁性物质的λ很小，约百万分之一，通常用 ppm代表。

例如金属镍（Ni）的λ约40ppm。

磁致伸缩材料分类：磁致伸缩材料主要有三大类：①磁致伸缩的金属与合金，如镍和（Ni）基合金（Ni， Ni－Co合金，Ni－Co－Cr合金）和铁基合金（如 F e— Ni合金， Fe－Al合金，Fe－Co－V合金等）；②铁氧体磁致伸缩材料，如 N i－Co和 Ni－Co－Cu铁氧体材料等。

上述两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值（在20—80ppm之间）过小，它们没有得到推广应用。

③近期发展的稀土金属间化合物磁致伸缩材料，称为稀土超磁致伸缩材料（GMM）。

以（ Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合金 Tb0．3Dy0．7Fe1．95材料（Tb －Dy－Fe材料）的λ达到1500—2000ppm，比磁致伸缩的金属与合金和铁氧体磁致伸缩材料的λ大1—2个数量级，因此称为稀土超磁致伸缩材料。

Tb-Dy-Fe合金特点：和传统超磁致伸缩材料及压电陶瓷材料（PZT）相比，它具有下列优点：1、磁致伸缩应变λ比纯 N i大50倍，比PZT材料大5—25倍，比纯 Ni和 Ni－Co合金高400—800倍，比PZT材料高14—30倍；2、磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约l0mm的 Tb－Dy－Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力；3、能量转换效率（用机电耦合系数 K33表示，即由磁能转换成机械能的比例）高达70％，而 Ni基合金仅有16％，PZT材料仅有40—60％；4、其弹性模量随磁场变化而发生变化并可以调控；响应时间（由施加磁场到产生相应的应变λ所需的时间称响应时间）仅百万分之一秒，比人的思维还快；5、频率特性好，可在低频率（几十至1000赫兹）下工作，工作频带宽；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。

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。

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。

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。