超磁致伸缩材料及其应用研究_李松涛

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。

超磁致伸缩材料及其应用一、超磁致伸缩材料基本概况1．研究背景20世纪80年代,人们提出智能材料的概念以来,有关智能材料的机理研究、智能材料的制备研究以及以智能材料为基础的智能系统与结构的基础与应用研究已成为当前力学、物理、材料、电子、机械及信息等学界的重大基础及应用课题,并已取得了大量卓有成效的研究,形成了"智能系统科学与技术"这一新兴的多学科交叉的高技术领域。

它不仅用在国防和航空航天等高技术领域,而且在民用工业及生产活动中也发挥着重要的作用。

智能材料系统与结构中智能材料是关键,它是一种能通过系统调节材料自身各种功能并对外界复杂环境条件发生变化做出反应而发挥主动功能作用的材料,即具有感知环境变化和对外部环境做出反应的能力。

其中,一类是对外界的刺激强度具有感知,如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等;一类是对外界环境条件发生变化做出响应。

它们可以和控制电路、接口电路、数据通信及电源系统于一体,实现能量之间的转换,制作出各种各样的传感功能和执行功能的智能器件。

目前,智能材料具有驱动功能作用的主要有压电材料、电致伸缩材料、形状记忆合金材料、磁致伸缩材料和电(磁)流变液等。

表1.1所示为几种智能材料基本性能。

表1.1 几种常用功能材料基本性能指标超磁致伸缩材料作为一种新型智能材料,其优良的磁致伸缩特性及潜在的应用前景在高技术领域得到普遍的重视,成为智能材料及其应用设计中的一种重要单元。

2.超磁致伸缩的发展1842年著名物理学家焦耳首先发现:在磁场中,铁磁材料由于磁化状态的改变会引起其长度或体积发生微小变化，这种现象就称为磁致伸缩，也称焦耳效应。

其中，材料在磁化过程中伴有晶格的自发变形，会沿磁化方向发生伸长或缩短的现象，称为线磁致伸缩;体积发生膨胀或收缩的现象称为体积磁致伸缩。

一般的，由于体积磁致伸缩发生在材料达到饱和磁化以后，且体积磁致伸缩比线磁致伸缩要微弱得多，实际用途又非常少，在测量和研究中考虑得很少，因此工程上的磁致伸缩均指线磁致伸缩。

超磁致伸缩材料的力—磁—热非线性本构理论及其应用研究超磁致伸缩材料是一种具有磁能-机械能相互转换的功能材料,被广泛地应用于军械,电器,航天等领域。

目前,已经存在大量的关于超磁致伸缩材料的研究成果,如力-磁-热多场耦合特性、磁滞特性、磁电复合材料以及功能器件等等,发现其中关于超磁致伸缩材料的多物理场耦合的非线性特性理论研究工作仍然存在不足,同时尚未发现关于在电场调控下磁滞特性的理论研究工作以及关于三层非对称结构的磁电层合材料的磁电效应的理论研究工作。

因此,针对上述几个问题,本文展开了以下工作:首先,利用连续介质力学理论以及热力学方程,对超磁致伸缩材料的吉布斯自由能进行泰勒展开和求导运算得到了应变和磁场的多项式;然后对多项式进行化简,便得到了超磁致伸缩材料的力-磁-热多场耦合非线性本构模型,并进一步推导了三个材料参数。

该模型不仅形式简洁,而且首次引入不同温度下的饱和磁化强度系数,克服了已有本构模型不能准确描述不同温度和预应力共同作用下的磁致伸缩曲线和磁化曲线的缺陷,而且利用已有的实验结果对模型进行了有效性验证。

本章内容能够为工作在温度稳定区域的实验研究提供相关的理论基础。

其次,基于上述建立的模型并结合电场调控磁电复合材料的磁性特性的实验结果,推导得到了在电场调控下磁性层的磁滞表达式以及具有磁滞特性的磁电耦合系数表达式。

同样,利用已有的实验结果对得到的两个表达式进行了有效性验证。

接着,又计算了在给定电场和不同温度下具有磁滞特性的磁致伸缩应变、磁化强度、压磁系数以及磁电耦合系数随磁场的变化曲线。

本章内容可以为在电场调控下和多物理场作用下的存储器件的研究工作提供理论性指导。

最后,从增强磁电耦合效应的角度出发,以复合材料的磁致伸缩层的组成成分为切入点,为非对称结构的磁电层合材料建立了其磁电系数理论模型。

该模型的推导方法不同于以往的等效电路的研究方法,避免引入一些复杂而又难以确定的物理参数,降低了计算难度。

同理,利用已有的实验结果对模型进行了有效性验证。

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(giant magnetostrietive material，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，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), 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。

0 前言铁磁体在外磁场中磁化时，其长度及体积均发生变化，这个现象为磁致伸缩效应。

具有磁致伸缩效应的磁致伸缩材料可以将电磁信息转化为机械位移信息或声信息，也可以反向转换。

这样一来，就可以实现许多换能工作。

由于磁致伸缩材料具有机械能与电能之间转换的特点，所以在机械机电方面非常有优势，可以实现高稳定性、高效率的能量转换。

1 磁致伸缩材料的研发现状磁致伸缩材料主要有三大类：镍和镍基合金，压电陶瓷材料（简称为PZT），稀土超磁致伸缩材料。

稀土超磁致伸缩材料主要是指稀土-铁系金属间化合物。

这类材料的磁致伸缩值达到1500×10-6～2000×10-6，比镍和镍基合金的磁致伸缩大约2个数量级，因此被称为稀土超磁致伸缩材料。

1.1 国外有关超磁致伸缩材料的应用研究1991年美国依阿华大学的R.chung 等开发出一种超磁致伸缩激光二极管磁强计原型，精度为160×10-6μmA/m。

美国海军采用超磁致伸缩材料开发了磁致伸缩应变计，它动态范围更大，灵敏度和精度更高，并且它的温度依赖性小，可测的频带更宽，可测应变量最小达到3×10-10。

日本东芝公司M.sahashi 等发明了用磁致伸缩薄膜制作的接触性扭矩传感器，其动态范围大、响应快，灵敏度比用传统金属电阻薄膜制成的扭转应变计高10倍。

日本茨城大学江田弘和东芝公司的Kobayashi 合作设计了定位精度达到纳米级的超磁致伸缩致动器，并将其成功地用于大型光学金刚石车床的微进给装置。

螺线管式压磁效应扭矩传感器为非接触型扭矩传感器，安装方便，可检测瞬时磁致伸缩材料及其在机械工程中的应用王泽源 山东理工大学机械工程学院 山东淄博 255000扭矩，并且灵敏度高，易于小型化，是当前研究的主流。

1.2 国内有关超磁致伸缩材料的应用研究南京航空航天大学的顾仲权、朱金才等研究了磁致伸缩材料改动器在振动主动控制中的应用，海军工程大学的欧阳光耀、施引研究了超磁致伸缩改动器的设计方法，并将其作为振动主动控制的执行器，取得了较好的振动控制效果浙江大学的夏春林、丁凡等研究了超磁致伸缩改动器在流体伺服器件中的应用。

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。

北京科技大学科技成果——高性能大直径稀土超磁致伸缩材料项目简介稀土超磁致伸缩材料的磁致伸缩应变比压电陶瓷大4倍以上，而且能量密度比压电陶瓷大10倍以上，但其杨氏仅为压电陶瓷的1/3左右。

美国将其列为战略性功能材料，并对我国实行禁运。

传统制备技术主要有布里吉曼法（Bridgman法，即下拉法）、丘克拉尔斯基法（Czochralski法，即直拉法）和浮区区熔法（Float Zone法）。

上述三种制备GMM工艺都存在共同缺陷：1、生产效率很低，生长一件φ18×150mm定向凝固GMM需要48-168h；2、生产GMM工序很长，需要合金熔炼、晶体生长、热处理等工序，生产成本高，设备投资大；3、生产GMM成品率只有15-30%。

本项目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，与传统工艺相比较主要有如下优点：1、质量好、高性能；因一步法工艺是将合金熔炼、晶体生长、热处理三道工序集中于一台设备完成，故减少了过程污染，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；2、效率高、成本低；一步法易于实现自动化控制，操作简单，人为因素少，故产品的合格率高（达80%）；单炉产能达5-10公斤，每天可以生产2-3炉，生产效率比传统工艺提高了100-150倍，成本大大降低；3、易于制备大直径（φ70mm以上）棒材。

一旦形成规模生产，大幅度降低生产成本和产品价格。

应用领域稀土超磁致伸缩材料在低频、大功率换能器中得到了越来越广泛的应用。

此外可广泛应用到机械、电子、石油、纺织、航天、农业等其他领域，是一种重要的新型功能材料，是许多高技术的物质基础，被誉为是21世纪的战略材料。

经济效益及市场分析稀土超磁致伸缩材料是新型稀土功能材料，是个朝阳产业。

据预测，1995年全球消费量30吨，2000年全球消费量141吨，预计2015年国防与宇航需110吨、汽车需350吨、其它108吨。

由此可见，稀土超磁致伸缩材料具有广阔的市场前景。

!第"#卷!第$期%&#%年$月中国材料进展'()*+,(-./0,1(2345"#!135$(675%&#%收稿日期 %&#%8&#8#9基金项目 科技部:9"计划项目 %&#%/;<#:$&$ 作者简介 刘敬华 男 #:9=年生 博士 讲师通信作者 蒋成保 男 #:<=年生 教授 博士生导师巨磁致伸缩材料及应用研究进展刘敬华 张天丽 王敬民 蒋成保北京航空航天大学材料科学与工程学院 北京#&&#:#摘!要 巨磁致伸缩材料是%&世纪9&年代发展起来的新型功能材料 具有应变大 能量转换效率高等优点 在功能转换智能驱动 智能传感等高技术领域有重要应用 简要介绍了磁致伸缩及巨磁致伸缩材料的发展历史 从稀土巨磁致伸缩材料 非稀土巨磁致伸缩材料的合金化研究 制备技术和应用技术等方面综述了我国巨磁致伸缩材料的发展历程 介绍了我国的科研工作者在巨磁致伸缩材料研究领域所取得的重要研究成果 最后对巨磁致伸缩材料发展及应用进行了展望关键词 巨磁致伸缩材料 磁致伸缩 合金化 制备 应用中图分类号 >$=%5?$ );"$!!文献标识码 (!!文章编号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合金具有最佳的室温性能 被称为)L 7O L C34Z ]合金$8?%&&&年以来 /4G 7^等人发现了[L I G [L ;L等新[L 基非稀土磁致伸缩材料 具有低场大磁致伸缩和良好的力学性能 <89 其中[L I G 合金被命名为I G 4O L C34合金发展到今天 巨磁致伸缩材料已经形成一类重要的金属智能材料 并引发了电子信息系统 传感系统 振动系统等高技术的革命性变化 在巨磁致伸缩材料的发展过程中 我国的科研工作者取得了一批重要的研究成果 本文主要综述我国在稀土巨磁致伸缩材料和新型非稀土巨磁致伸缩材料的基础研究及应用研究方面的进展!稀土巨磁致伸缩材料5 ! 磁致伸缩材料的合金化研究在单晶)L 7O L C34Z ]中用(4取代[L 使其晶格常数增加 居里温度降低 各向异性补偿温度提高%&\ ###从#5&#a #&8"增加到#5?$a #&8" = 添加少量;可以有效抑制对磁致伸缩有害的![L "相形成 进而提高合金的磁致伸缩性能 : 'C 取代[L 虽然合金的相组成仍然是主相-G S L Q 相和少量富稀土相 但饱和磁致伸缩Q 饱和磁化强度$Q 和磁晶各向异性%#降低#&中国材料进展第"#卷用b 7取代)M 或]T 使各向异性补偿成分点向高)M方向移动#成分为)M &5%?]T &5<?b 7&5#[L #5=?的合金磁致伸缩达到最大值(##)%对]T &59%8")M "b 7&5"![L &5:;&5#"#5:"!&!"!&59&"合金#"从&5#?增加到&5%?#易磁化方向从c #&&d 轴向c###d 轴转变%具有单相-G S L Q 相的)M &%?]T &5$?b 7&5"![L &5:;&5#"#5:"合金在室温具有大的自发磁致伸缩! ###"#=?&a #&8<"和低的各向异性(#%)%(4#I G #/7#'C 等元素取代)M &5%?]T &5<?b 7&5#[L #5=?中的[L 均能保持-G S L Q 相结构#但居里温度和磁致伸缩性能下降(#"8#?)%b 7含量高达稀土总量=&e 的!)M &5%b 7&5="Z![L &5$/3&5<"#5:"8";"磁致伸缩合金(#<)#其-G S L Q 相的居里温度和晶格常数随硼含量的增加而增加#少量的硼能降低合金的磁晶各向异性#从而改善室温低场磁致伸缩性能%北京航空航天大学通过改变)M[L %和]T [L %的比例#同时添加高居里温度元素/3(#98#:)#同步实现了易轴转变温度的降低和居里温度的提高#从而显著拓宽了材料磁致伸缩性能优异的菱形相区#成功研制了宽温域巨磁致伸缩合金#在8=&`f #&&g 范围内都保持了高的磁致伸缩性能!如图#所示"#温度系数是传统)M &5"]T &59[L #5:?合金的#h "%此外#研究表明#添加/3并没有改变合金的易磁化方向#超精细电子结构研究揭示了/3元素添加导致"R 电子层填满状态的改变(%&)%图#!)M]T [L /3合金在8=&g #"&g 和#&&g 的磁致伸缩曲线[B D 5#!'G D CL P 3Q P 7B N P B 3C N F7S L Q 3O )M]T [L /3G 443T Q K L G Q F7L RG P8=&g #"&g G CR #&&g)M]T [L 合金的电阻率过低#仅仅为<&!"*N K #即使在低频下也会有涡流发生#严重限制了其实际应用%.B 元素添加能大幅提高其电阻率%.B 含量为"_&5&%?和"_&5#的铸态合金电阻率比未添加.B 的)M]T Z [L 三元合金分别提高了<<e 和:9e #而c ##&d 取向晶体的电阻率略小于铸态(%#)%此外#在.B 合金化的基础上#通过合理的成分设计#实现了合金元素选择性分布控制#使合金保持主相-G S L Q 相不变以保证大磁致伸缩效应#同时.B 元素选择性地进入富稀土!相可提高耐腐蚀性#从而开发了耐腐蚀巨磁致伸缩材料(%%)#在磁致伸缩性能基本相当的情况下#耐腐蚀性能提高#&倍!如图%所示"%电极化曲线和阻抗测量表明#腐蚀电流下降?倍#阻抗提高#倍%第一原理计算结果表明#.B 元素添加使稀土元素费米面附近电子能量显著降低#从而降低了腐蚀速率%图%!在"5?e1G /4水溶液中的浸泡实验表明#)M]T [L .B 合金比)M &5"]T &59[L #5:?合金的耐蚀性明显增强[B D 5%!J L B D EP 43Q Q N F7S L Q 3O )M]T [L .B G 443T S Q Y )M &5"]T &59[L #5:?G 443T B C "5?e 1G /4Q 34FP B 3C)M]T [L 合金的磁致伸缩性能具有较宽的滞后特征#主要来源于其较大的磁晶各向异性能%添加03可有效降低合金的磁晶各向异性能#进而显著降低磁致伸缩应变滞后磁场(%"8%$)%合金依然具有-G S L Q 单相结构#晶格常数随03含量增加而减小%在03含量小于&5"e 时#通过调整)M 和]T 元素的比例#)M]T [L 03合金在较宽的温度范围均具有窄滞后巨磁致伸缩特性%"5"!)*'(体系磁致伸缩材料的合金化研究钢铁研究院戴礼智等人是我国开展磁致伸缩材料研究的先驱之一#他们在.K Z [L 合金中加入'3和2#用i 射线衍射研究了合金中-G S L Q 相金属间化合物的磁致伸缩与结构之间的关系以及在磁致伸缩上引起的晶格畸变(%?)%稀土元素取代.K 元素对.K [L 合金的内禀性能及磁致伸缩性能影响显著%对于.K #8"]T "[L 合金#当"c &5#?时易磁化方向为c ###d #当"d &5$时易磁化方向为c#&&d #合金的磁致伸缩随]T 含量的增加而降低(%<)%b 7取代.K 后.K #8"b 7"[L %的磁致伸缩在"_&5#时出现峰值(%98%:)%少量1R 取代.K 明显提高合金的负磁致伸缩! #8 $_8%#=9a #&8<"!如图"所示"("&8"#)%用/3#'C #(4等元素取代低场性能较好的.K &5==Z ]T &5#%[L %中的[L 元素#均降低了合金的磁致伸缩("%8"")%"5+!稀土巨磁致伸缩材料的理论研究杨森等采用同步辐射i 射线技术系统研究了)M/3%Z%!第$期刘敬华等'巨磁致伸缩材料及应用研究进展图"!.K #8"1R "[L #5??合金在不同磁场强度下的磁致伸缩曲线[B D 5"!'G D CL P 3Q P 7B N P B 3C N F7S L Q 3O .K #8"1R "[L #5??G443T Q B C RB O O L 7L CP G 664B L R K G D CL P B N O B L 4RQ]T /3%合金体系的结构和性能("$)#发现自旋再取向温度是以c ###d 方向为易轴的菱形相和以c &&#d 方向为易轴的四方相这%个准同型相的相界表示的!如图$所示"#准同型相界成分合金呈现两相共存的状态#磁晶各向异性达到完全补偿的最小值#测量结果显示磁滞后最小#而磁致伸缩性能较邻近成分的合金有一跃升#铁磁性材料中准同型相界的发现为设计新型磁致伸缩材料提供了新思路%图$!)M/3Z ]T /3合金相图及不同相区的同步辐射i +][B D 5$!b EG Q LRB G D 7G K 3O )M/3%Z ]T /3%!G"G CR Q T CN E73P 73C i +]6G P P L 7CQ 3O N FMB N6G 7G K G D CL P B N6EG Q L #7E3K M3EL R7G 4O L 773Z K G D CL P B N 6EG Q L G CR P L P 7G D 3CG 4O L 773K G D CL P B N 6EG Q L !M ")M]T [L 合金磁致伸缩的饱和值及其磁滞特性均具有明显的压应力相关性#如图?所示%对于)M]T [L 巨磁致伸缩合金中的初始磁畴位置普遍认为是仅仅在晶面内沿着易轴方向与压应力方向垂直#这难以解释饱和磁致伸缩随压应力而增大的现象%近期研究表明(##&)取向的)M]T [L 晶体垂直于应力方向的晶面中存在的应力性各向异性#会改变初始畴的构型("?)%随着压力的增大#!##&"晶面内初始磁畴从c ###d 方向转向c ##&d 方向#因而饱和磁致伸缩提高%(##&)取向的)M]T [L 取向晶体#其磁滞!磁致伸缩滞后磁场"从&'b G 的""a !#&"h $#"(*K 8#增加到"&'b G 的9&a !#&"h $#"(*K 8##而加压到#%&'b G 磁滞只有#<a !#&"h $#"(*K 8#%基于唯象理论的研究表明#磁畴旋转的不可逆性是产生滞后的根源%在低压应力范围内#随压应力增大#更多的磁畴转至应力垂直面#成为:&j 磁畴#而在磁晶各向异性能占主导的低压力阶段磁化过程中:&j 磁畴不可逆转至外场方向#压力增大#:&j 磁畴体积分数增多#因而磁致伸缩滞后增大%当所有磁畴在压应力作用下转至应力垂直面#:&j 磁畴体积分数达到#&&e #磁致伸缩滞后达到最大#继续增大压应力#磁弹性能在自由能分布中占主导地位#减小并最终消除了:&j 磁畴旋转的不可逆性#因而磁致伸缩滞后随压力继续增大而逐渐减小("<)%"5,!稀土巨磁致伸缩材料的制备技术%5$5#!稀土巨磁致伸缩材料取向晶体和单晶用定向凝固工艺#主要有提拉法$坩埚下降法和区熔法#制备出稀土巨磁致伸缩材料取向晶体或单晶是实现其优异磁致伸缩特性的关键%中科院物理所采用冷坩埚提拉法成功制备出)M]T Z [L (4#)M]T [L 'C c ###d 无孪晶单晶体("98"=)#从消除了孪晶界对磁畴钉扎作用的角度提高了合金的磁致伸缩%北京科技大学利用低温度$梯度水平炉#获得了c ##"d 轴向取向的稀土超磁致伸缩材料(":)%钢铁研究总院和有色金属研究总院采用一步法制备工艺#将熔炼$坩埚下降法晶体生长$热处理集成到一套系统中#实现了材料的量产%北京航空航天大学采用无坩埚的悬浮区熔法成功制备了c ##&d 取向)M]T 03[L 单晶体(%")#生长的固液界面为凸平面#该晶体具有优异的磁致伸缩性能#在8<&g 和#?g #外加磁场仅为?&K )时#该单晶体的磁致伸缩性能分别达到##&&a #&8<和#&?$a #&8<%使用有坩埚的定向凝固#可以避免表面张力的影响#有利于制备沿轴向性能均匀的大尺寸)M]T [L 合金取向晶体%北京科技大学和北京航空航天大学利用区熔法制备出c ##&d )M]T [L 取向晶体#北京航空航天大学制备出直径超过<&K K 的c##&d 和c##%d 取向)M #]T #8#![L #8"&""%!&_'C #/3"晶体%取向晶凝固形态为树枝状#生长速度越高#片层结构越窄%在预压力低于#&'b G 时#低磁场中室温和低温的c ##%d 取向磁致伸缩系数更大#高温时c ##&d 取向磁致伸缩系数更大($&8$")%磁场下的取向凝固#国外报道了在微重力条件下同时施加外磁场制备出c ###d 取向的)M]T [L 晶体#磁致伸缩系数可达%%&&a #&8<!'_#5?)"($$)%磁场也可以"中国材料进展第"#卷有效抑制热和溶质的传输 充分发挥扩散作用 同时在冷却过程中在材料内部感生磁有序 上海交通大学在常规重力条件下 通过施加更大的静磁场 #$&K) 获得9&e的c###d取向的)M]T[L凝固组织 $?图?!不同压应力下)M]T[L合金磁致伸缩和磁致伸缩滞后模拟[B D5?!)EL Q B K F4G P L R Q G P F7G P B3C K G D CL P3Q P7B N P B3C G CR K G D CL P3Q P7B N P B3C ET Q P L7L Q B Q FCRL7RB O O L7L CP N3K67L Q Q B S L67L Z Q P7L Q Q L Q%5$5%!稀土巨磁致伸缩薄膜材料稀土巨磁致伸缩材料薄膜具有良好的软磁特性 尤其在低场下磁致伸缩性能显著提高 是微型作动器和传感器的理想材料 制备稀土巨磁致伸缩材料薄膜的方法有磁控溅射 分子束外延 离子束溅射 离子镀等 人们通常采用磁控溅射法制备巨磁致伸缩材料薄膜 巨磁致伸缩材料薄膜分为单层膜和多层膜 采用直流磁控溅射可以获得非晶态)M]T[L薄膜 经$&&g热处理后沿薄膜表面的易磁化方向表现出磁各向异性 $<8$9 在沉积过程中加入预应力能明显提高磁各向异性为进一步提高巨磁致伸缩材料的软磁特性和低场特性 发展了巨磁致伸缩材料多层膜 多层膜一般是由巨磁致伸缩材料与其它软磁材料 如[L [L1B [L;[L/3等 交替沉积而成 每层薄膜的厚度小于磁交换长度 在磁场作用下 由于不同膜层之间的交换耦合作用 提高了平均饱和磁化强度 使多层膜的饱和磁场大幅减小 具有良好的软磁特性 $=%5$5"!烧结稀土巨磁致伸缩材料其制备方法是将一定成分的母合金破碎成粉末 在模具中压制成型 然后在保护气氛下烧结制成样品 北京科技大学从:&年代初开展了)M]T[L合金粉末冶金工艺及其对磁致伸缩性能影响的研究 主要结果包括各工艺参数对烧结态)M]T[L合金的组织 结构 密度及磁致伸缩性能的影响规律等 $:8?& 实验表明 粉末压型时的磁场取向和后续样品的磁场热处理对提高材料磁致伸缩性能具有非常重要的作用 通过这些手段制得的烧结)M]T[L合金样品为c###d取向的多晶体 其最大磁致伸缩应变可达#$&&a#&8< 样品具有明显的压力效应%5$5$!稀土巨磁致伸缩粘结复合材料针对稀土巨磁致伸缩材料力学性能差 不易加工以及在外加高频交变磁场作用下涡流损耗严重的问题 人们发展了巨磁致伸缩颗粒与树脂混合的复合材料研究表明 颗粒大小 磁场取向以及树脂粘度均对复合材料的磁致伸缩性能有重要影响 采用较大的)L7ZO L C34Z]颗粒和较低的树脂粘度有望获得较高磁致伸缩性能 在磁场下成型可以提高颗粒的择优取向度 进而提高复合材料的磁致伸缩性能 此外 固化温度对粉末$!第$期刘敬华等'巨磁致伸缩材料及应用研究进展粘结材料的密度及抗压强度有明显影响(?#)%将)M #8"]T "[L %合金粉末与粘结剂在模压压力为##%'b G 下制成 #&K Ka %&K K 或 #&K Ka $&K K 的棒状样品%研究表明#当"_&59时#合金具有较好的磁致伸缩性能%棒状)M &5"]T &59[L %合金在0_%&&^(h K #%:"\条件下的磁致伸缩约为<&&a #&8<#磁机械耦合系数最大值为&5$#动态磁致伸缩系数为%5<:CKh (#增量磁导率(""为%5=$(?%)%在%&&^(h K 静磁场下加压=&&'b G 获得了.K ]T [L h 树脂粘结复合材料#其磁化行为和磁致伸缩均表现出明显的压应力效应(?")%用颗粒尺寸9$`#?&!K #质量分数为:&e 的)M]T [L 合金颗粒制备出的复合材料在$&&^(h K 磁场下磁致伸缩性能可达9%"a #&8<(?$)%与)M]T [L 取向晶体相比#复合材料的电阻率提高了?个数量级#在"%59K )偏置磁场下声速降低#h "以上#涡流损耗因子在%a #&?0X 条件下的降幅超过:&e #在#a #&90X 的高频条件下仍可降低近?&e %采用直径为%&&`"&&!K 的)M]T Z [L 单晶颗粒#与树脂混合并在磁场取向中固化#获得了颗粒c ###d 方向定向排布的高性能粉末粘结巨磁致伸缩材料%合金颗粒在树脂中成近链状排列#如图<所示%材料在#9'b G 压力下在磁致伸缩系数达到#"<&a #&8<(??)%图<!!G "未磁场取向和!M "=&&&a !#&"h $#"(*K 8#磁场下取向的金相照片[B D 5<!)7G CQ S L 7Q L Q L N P B 3C K B N 73D 7G 6EQ 3O P EL N 3K 63Q B P L Q N F7L R G PP EL G 664B L R K G D CL P B N O B L 4R !G "&a !#&"h $#"(*K 8#G CR !M "=&&&a !#&"h $#"(*K 8#%5$5?!稀土巨磁致伸缩材料的表面改性北京有色金属研究总院采用辉光放电离子渗氮方法研究了表面氮化对!)M #]T "[L %稀土磁致伸缩材料的耐腐性能$表面机械性能及磁致伸缩性能的影响(?<)%结果发现'通过表面离子渗氮处理#可显著改善材料耐腐性能#材料表面硬度由?=9&'b G 提高到<%%&'b G #耐磨性能也大幅提高#并且材料磁致伸缩性能几乎未受影响%研究表明#表面离子渗氮是一种适用于稀土超磁致伸缩材料表面改性的方法%+!非稀土巨磁致伸缩材料近年来#科技工作者们开发出一种综合传统磁致伸缩合金和稀土磁致伸缩合金二者优点的新型磁致伸缩材料#既具有良好的力学性能又有较大的磁致伸缩性能%%&&&年#美国学者/4G 7^博士发现非磁性原子I G 的添加可以将[L 的磁致伸缩系数提高#&倍以上#引起了人们极大的关注%该材料具有低饱和磁场$高磁化强度$良好的力学性能和可加工性等#最近的应力退火研究表明#该材料可以同时应用在拉应力和压应力场合%[L I G 合金的这些特性将会拓展磁致伸缩材料在作动$传感和能量采集等方面的应用%i B CD 等人在对[L I G 合金成分及热处理过程对磁致伸缩性能的影响进行了规律性研究后#确定了磁致伸缩性能同I G 原子含量的关系曲线如图9所示(?9)#并按照合金相结构划分为$个部分'#区中的[L I G 合金在淬火条件下为无序的(%单相#磁致伸缩随I G 原子含量增加而升高#淬火态#:e !原子分数"I G 的!"h %" #&&可达到$&&a #&8<&$区为(%同]&"的两相混合区#该区域中磁致伸缩随I G 含量升高而下降&进入%区后#合金形成]&"单相#性能再次提高#当I G 原子含量为%95?e 时#由于弹模软化的结果#可以获得很高的磁致伸缩&而当I G 原子含量超过%=e 后!&区"出现不利于磁致伸缩性能的第二相#导致性能随之大幅下降%JF 采用全电势线性缀加平面波方法对[L I G 合金的磁性及磁致伸缩进行了第一原理计算#]&"#;%Z 4B ^L 及-#%"种晶体结构的磁致伸缩系数 #&&的计算值分别为8#&9a #&8<#f "=&a #&8<和8%:=a #&8<(?=)%对于[L Z I G 合金产生大磁致伸缩的原因#JF 在文章中指出#这是由[L 原子非简并的R ")和R #)轨道下自旋间的自旋轨道耦合效应所引起的#但两者的强烈作用是如何导致[L Z I G 合金产生大磁致伸缩仍未清楚%-3D 7G Q Q 3等人根据I G 原子添加后引起的[L I G 合金磁致伸缩性能较 Z [L 提高的部分#同I G 原子含量的平方成线性正比关系这一实验结论#预测在[L I G 合金中存在'3RB O B L RZ ]&"晶体结构#或可以称之为;%Z 4B ^L 结构(?:)%JFP P B D (<&)和/F44L C (<#)认为这种结构的本质是沿?中国材料进展第"#卷&&# 方向排列的I G Z I G 原子对 [L =#I G #:合金i 射线吸收光谱的测试结果证明I G Z I G 原子对存在的可能性 <% 'FRB S G 7P EB <"使用小角度中子衍射方法和\L 77显微镜发现纳米团簇与基体有不同的磁化行为图9![L I G 合金 "h % #&&同IG 原子含量的关系[B D 59! "h % #&&RL6L CRL CN L 3C I G N 3CP L CP O 37[L I G G 443T Q Y./ Q 43V Z N 334B CD Jk +)Z V G P L 7lFL CN E ,Jk B N L Z V G P L 7lFL CN E 'k K L P G 44B N lFL CN E;EG P P G N EG 7T T G 等人对[L Z #:eI G 合金进行了透射电镜观察 在(%基体相中发现弥散分布的纳米级]&"相 <$ 并认为这是[L I G 合金大磁致伸缩的来源 据此\EG N EG P F7T G C <? 等人提出了另一种模型解释[L I G 合金的巨磁致伸缩 认为]&%%Z4B ^L 的四方纳米团簇是关键因素 <<8<9 ;3B Q Q L <= 等人依据该模型对[L =#I G #:合金进行了原子尺度有序和团簇的模拟 同实验得到的高分辨像基本吻合然而JF 等人根据分别对纳米级的;%Z 4B ^L 及]&"相进行第一原理计算结果 认为纳米级的;%Z 4B ^L 相具有负的磁致伸缩性能 而纳米级的]&"相仅具有非常小的正磁致伸缩性能 据此他判断基体相中的纳米级沉淀不足以产生巨磁致伸缩效应 [L I G 合金的大磁致伸缩另有起源 <:虽然关于[L I G 合金的磁致伸缩的起源还不明朗 但人们相信[L I G 合金的磁致伸缩机理研究对开发新型磁致伸缩材料将会提供新的线索国内从%&&%年陆续报道了关于新型非稀土磁致伸缩材料的研究工作 取得了重要进展 以下主要评述国内非稀土磁致伸缩材料研究结果 +5!!'(-.磁致伸缩材料的合金化研究对[L I G 进行合金化的研究 根据添加元素类别及方式 可以分为%类 ;和/7原子固溶 过渡族元素取代方式添加 9&89$[L &5=#I G &5#: #&&8";"合金在"_#时由(%相和[L %;相组成 在"_?`%&时 由(%相 -#%相和[L %;相组成 铸态 [L &5=#I G &5#: #&&8";"合金在"_#和"_#&时具有最大磁致伸缩性能 9& 淬火态合金的磁致伸缩随;含量增加先增大后减小 其中"_#&时淬火态 [L &5=#Z I G &5#: :&;#&合金的磁致伸缩性能比[L =#I G #:合金提高了=&e 分析认为;含量低时 析出[L %;相 导致[L Z I G 合金基体中'Z ]&"相中I G 含量上升 磁致伸缩提高 ;含量高时 合金出现了过多的[L %;相和-#%相 磁致伸缩下降 同时;添加 还大幅提高了[L I G 合金的室温力学性能 抗拉强度达到?$='b G 延伸率达到"5?<e 此外 如果在[L ="I G #9合金中固溶%e 的/7原子 可同时提高合金的磁致伸缩性能和室温力学性能 [L ="I G #9:=/7%合金最大磁致伸缩系数达到9&a#&8< 延伸率较[L ="I G #9合金提高&5<e 9# 少量.B I L 或.C 取代[L =#I G #:合金中的I G 原子 合金保持(%相结构 饱和磁致伸缩值变化不大 如果添加量继续增加 因出现大量[L .C I G 非磁性相 导致饱和磁致伸缩值降低 9% 在[L =#I G #:和[L =# I G #8"I L " #:合金中还发现了明显的体磁致伸缩现象 当磁场小于&5")时 合金发生的是线磁致伸缩 大于&5")时 体磁致伸缩开始发生 9" 'C 添加对[L =#I G #:合金的电阻影响较大 'C 元素的原子百分比低于<e 时 合金仍然保持立方单相 电阻率上升 居里温度下降 当'C 含量增加到=e 时 磁致伸缩出现峰值 9$ +5"!'(-.合金的磁致伸缩特性研究[L I G 合金有良好的力学性能 可进行拉伸变形 通过拉应力退火处理可以使[L ="I G #9合金中的磁晶在生长方向择优排列 [L I G 棒c &&#d 择优生长方向的磁晶各向异性和织构中多晶条形颗粒的形状各向异性方向一致 在无外应力条件下磁致伸缩达到%&&a #&8< 在压应力下 磁致伸缩值最大变化达到#=&a #&8< 9? 如图=所示[L =#I G #:合金c &&#d 取向晶体在大载荷 &`$"#'b G 条件下具有稳定的饱和磁致伸缩 如图:所示 其磁致伸缩行为随压应力呈两阶段变化规律 9< [L =#I G #:合金c &&#d 取向晶体在不同载荷下的%个阶段磁致伸缩行为具有完全不同的物理机制 在低压应力载荷下 磁晶各向异性能主导[L I G 合金c &&#d 取向晶体的磁致伸缩行为 在大压应力载荷下 磁弹性能对[L I G 合金的磁致伸缩行为起主导作用 +5+!/0基反铁磁磁致伸缩合金'CZ * *_1B /F [L 合金是一类具有反铁磁特性的磁致伸缩材料 998=& 'C $%[L ?=合金 在#)的外磁场和#5?%'b G 的压应力下具有8?=#a #&8<的磁场诱发应变 'C =?5?[L :5?/F ?5&合金中获得了8$="a #&8< `#&a <!第$期刘敬华等'巨磁致伸缩材料及应用研究进展图=![L ="I G #9拉应力退火材料中的磁致伸缩'!G"垂直磁场测量到的磁致伸缩#!M "平行磁场测量到的磁致伸缩[B D 5=!'G D CL P 3Q P 7B N P B 3C 3O GP L CQ B 4LQ P 7L Q QP 7L G P L R Q G K 64L #K L G Q F7L R B C !G "6L 76L CRB N F4G 7G CR !M "6G 7G 44L 4K G D CL P B N O B L 4R FCRL 7S G 7B 3FQ N 3K 67L Q Q B S L 67L Z Q P 7L Q Q L Q!#&<h $#"(*K 8#"的应变%c #&&d c ##&d 混合取向的'C ?&[L ?&丝材#在#5%)磁场下具有9?&a #&8<的应变%这一类合金属于 Z 'C 基反铁磁形状记忆合金#在磁场的诱导下发生四方畸变%当马氏体相变温度$Q 与奈尔温度&1接近时#反铁磁8铁磁转变与马氏体转变发生耦合#产生了磁相变&但当$Q 与&1相差较大时#磁化时也产生了可观的反铁磁转变磁致伸缩%有观点认为可能是磁场诱发#在母相中产生了微孪晶#但缺乏实验证据%+5,!非稀土巨磁致伸缩合金的制备技术"5$5#!非稀土巨磁致伸缩合金取向多晶和单晶体目前已经通过提拉法$深过冷法和区熔法等定向凝固工艺制备出[L I G 取向晶体和单晶#并获得优异的磁致伸缩性能%中科院物理所采用冷坩埚提拉法成功制备出[L I G 合金c &&#d 取向晶体(9?)%上海交通大学利用深过冷制备出[L I G 合金取向晶体(=#)#北京航空航天大学采用光学悬浮区熔法成功制备了c &&#d 取向[L I G 合金单晶体(=%)#并制备出直径超过$&K K 的高性能[L I G 合金取向晶体%图:![L =#I G #:取向晶体大压力范围内的磁致伸缩能[B D 5:!'G D CL P 3Q P 7B N P B S L 6736L 7P B L Q 3O [L =#I G #:G443T FCRL 7EB D E 43G R "5$5%!非稀土巨磁致伸缩丝材磁致伸缩丝材在扭矩传感器$压力换能器和位移传感器和其它磁性传感器等高技术领域具有重要应用%通过热锻和冷拔成功制备的[L =?I G #?磁致伸缩丝材在低于=&a !#&"h $#"(*K 8#的磁场下磁致伸缩能达到<<a #&8<#是[L Z 1B 磁致伸缩丝材的"倍(=")%此外#通过热锻和温拔已制备出![L ="I G #9"#8"'"丝材(=$)#采用热轧8拔丝制备出'C ?&[L ?&丝材(<?)%"5$5"!非稀土巨磁致伸缩合金带材和薄膜采用熔体快淬甩带法以#%Kh Q 的速度#可获得%`"K K 宽#?&!K 厚的[L =?I G #?合金带材#具有巨磁致伸缩效应(=?)%发现淬火过程对带材的相结构和磁致伸缩性能起关键作用(=<)%人们采用直流磁控溅射的方法制备[L I G 薄膜#在!#&&".B 片上沉积了厚度为&5%K K 的[L =#I G #:薄膜#研究了薄膜的微观结构$磁性和磁致伸缩(=9)%人们开展了[L I G 合金的轧制工艺研究#采用热锻8热轧8温轧8冷轧工艺#获得了[L I G 1M #[L I G ;薄板材料(==)%,!巨磁致伸缩材料的应用研究稀土巨磁致伸缩材料最早应用于低频大功率水声换能器的研制#目前已装备美国海军%随后瑞典$日本$美国等开展了巨磁致伸缩材料在微位移与微振动控制等9。

图1 磁体磁畴在外磁场作用下发生转动引起磁体尺寸发生变化示意图Fig.1 The magnetic domain under the effect of external magnetic fieldoccurrence of rotation and lead to change size magnets超磁致伸缩材料的特性及其发展应用摘要：本文介绍了超磁致伸缩材料独特的性能及其发展历程。

通过查阅大量的资料，阐述了超磁致伸缩材料在各个领域的应用及研究现状，并且对其今后的应用做了一些展望。

关键词：超磁致伸缩材料；特性；应用引言随着科学技术的发展，稀土功能材料在科学领域中的研究和应用愈发重要和广泛，特别是在国防领域中，因而稀土材料成为了各个国家的战略性资源。

我国近几年更是大力发展各种新型的稀土功能材料，这其中就包括了新型的稀土超磁致伸缩材料。

稀土超磁致伸缩材料的应用非常广泛，对发展有源减震、航天燃料喷射系统、快速阀门控制、纳米级致动器、新型声纳系统、机器人等高新技术有着重要的影响]1[。

1 超磁致伸缩材料1.1 产生磁致伸缩效应的机理在居里点温度以下时，铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变，其长度和体积会发生微小的变化，这种现象称之为磁致伸缩效应，长度的变化是1842年由焦耳发现，亦统称为焦耳效应或者线性磁致伸缩]2[。

由于体积磁致伸缩量非常小，研究和应用都主要是线性磁致伸缩领域，所以一般的磁致伸缩也就是指线性的磁致伸缩。

产生磁致伸缩的机制是多方面的，有自发形变、场致形变、轨道耦合和自旋—轨道耦合相叠加、形状效应等原因，以下仅从场致形变的理论简单说明：在外磁场的作用下，多畴磁体的磁畴要发生畴壁移动和磁畴转动，结果导致磁体尺寸发生变化。

当磁场比饱和磁场s H 小时，样品的形变主要是长度的改变，体积几乎不变；当磁场大于饱和磁场s H 时，样品主要表现为体积磁致伸缩。

磁体磁畴在外磁场作用下发生转动引起磁体尺寸发生变化的示意图如图1所示]1[。

磁致伸缩材料在超材料领域中的应用研究磁致伸缩材料是一种具有特殊性能的新型材料，其在物理学、工程学和材料学等领域具有广泛的应用。

超材料是一类具有特殊结构和性能的人造材料，可用于制造超级透镜、隐身材料和超高速传输等高科技应用。

磁致伸缩材料在超材料领域中的应用研究是一个新兴的领域，其研究成果可能会给现代科技带来重大的突破。

一、磁致伸缩材料的特性磁致伸缩材料是一种能随着外界磁场变化而发生长度变化的材料。

基于磁致伸缩效应的工作原理，磁致伸缩材料可以用于制造自适应结构、传感器、执行器等器件。

目前，磁致伸缩材料已被广泛应用于机器人、航空航天和医疗设备等领域。

二、超材料的应用超材料因其特殊的结构和性能而被广泛应用于许多领域，如通信技术、医学成像和光学器件。

通过设计不同的超材料结构和参数，可以制造具有特定功能的材料。

例如，超级透镜可以将光线聚焦到微小的点上，从而实现高分辨率成像。

此外，超材料还可以用于制造隐身材料和超高速传输器件等应用。

三、磁致伸缩材料在超材料中的应用磁致伸缩材料在超材料中的应用是一个具有巨大潜力的新领域。

磁致伸缩材料可以在外界磁场的作用下发生长度变化，根据其长度变化的特性，可以设计出各种各样的超材料结构。

例如，通过将多个磁致伸缩材料组成一种可调谐介质，可以制造出具有可调谐电磁波传输和反射特性的超材料。

此外，磁致伸缩材料还可以用于制造具有变曲率表面的超材料结构。

这种变曲率表面可以实现光束的弯曲，从而实现超级透镜的功能。

与传统的透镜相比，超级透镜具有更高的分辨率和更大的视场角，可以应用于高分辨率成像和光纤通信等领域。

四、磁致伸缩材料在超材料应用中存在的问题磁致伸缩材料在超材料应用中存在着一些问题。

首先，磁致伸缩材料的性能受到环境因素的影响，如温度、湿度和磁场等。

这些因素的变化会导致磁致伸缩材料的性能发生变化，降低超材料的稳定性和可靠性。

其次，磁致伸缩材料制备工艺复杂，成本较高。

这也限制了其在超材料应用中的推广和使用。

稀土超磁致伸缩材料及在地球物理领域的应用
稀土超磁致伸缩材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，它将稀土材料与超磁体结合在一起制成，通过引入磁场而形成伸缩现象。

稀土超磁致伸缩材料具有很高的力学强度和抗热性能，传导能力也较好，可以实现多种特殊物理效果，用于高性能机械装备、精密机械设备、先进航空航天设备及部分电子产品中。

在地球物理领域，稀土超磁致伸缩材料的应用可以极大地改善现有的测量技术，为未来的地震监测、深海地质勘探等提供新的技术和方法。

此外，稀土超磁致伸缩材料还可以帮助提高深海监测的准确性和时效性，分析地壳的岩石构造变化。

同时，它还可以作为新型海洋异常信息传感器，检测海水温度、潮汐变化等信息，以及海底活跃地震活动。

稀土超磁致伸缩材料在地球物理领域的应用有着广阔的前景，它不仅可以一定程度上帮助我们了解地球的结构及变化规律，而且可以更好的帮助我们预测地震，改善地震灾害对人民的影响。

稀土超磁致伸缩材料表明，它未来将被广泛应用于地球物理相关研究中，它也将有助于改善我们解决着重大地球物理问题的能力。

重庆科技学院磁性材料课程论文论文题目：稀土超磁致伸缩材料的制备和应用指导老师：马毅龙姓名：汪永红学号：2009440547年级：金属材料工程09级2班成绩：评语：2012 年6月10 日稀土超磁致伸缩材料的制备和应用汪永红（重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331）Fabrication and application of Rare Earth GiantMagneto-Stricfive MaterialsWang Yong-hong(School of Metallurgy and Materials Engineering of Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331，China)摘要：稀土超磁致伸缩材料（Rare Earth Giant Magneto-Stricfive Materials)作为2l世纪一种最具有战略性的材料，其优良的特性和广泛的应用前景在国际范围内得到普遍重视，已成为磁致伸缩材料研究的重点。

简要介绍了稀土超磁致伸缩材料的概念、制备方法及其应用，并指出了一些研究反方向。

关键词：稀土超磁致伸缩材料，制备，应用Abstract：As a new strategic material in 21st century，RE-GMSM has been taken into account and become the keystone on magneto-strictive material studies because of i t s superior properties and extensive application prospects. A brief description of the conception，fabrication and applications of RE—GMSM was presented．Some suggestions for the development directions were also mentioned．Key Words：rare earth giant magneto-strictive materials；fabrication；application1 前言稀土超磁致伸缩材料（RE—GMM）主要是指稀土一铁系金属间化合物材料：铽镝铁(Tb-Dy-Fe) 磁致伸缩材料。

超磁致伸缩材料
窦光宇
【期刊名称】《金属世界》
【年(卷),期】2006(000)006
【摘要】超磁致伸缩材料（GMM）是20世纪70年代以来迅速发展起来的新型功能材料。

利用GMM材料制作的器件，性能优于压电陶瓷换能材料，应用领域越来越广泛。

【总页数】1页(P47)
【作者】窦光宇
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM271
【相关文献】
1.矩形超磁致伸缩材料板内涡流密度的分布 [J], 刘会峰;李俊林;杨栋辉
2.超磁致伸缩材料热特性建模与补偿 [J], 张成新;张恒通
3.基于超磁致伸缩材料的振动能量复合采能装置现状分析 [J], 代博文;何忠波;杨朝舒;薛光明;周景涛;刘国平
4.超磁致伸缩材料在航空中的应用探索 [J], 朱卫华;张利;金兴;邓兴民;安增勇
5.考虑超磁致伸缩材料非均匀性的大功率电声换能器阻抗特性 [J], 赵能桐;杨鑫;陈钰凯;罗安
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