磁致伸缩材料

二谈电致、磁致伸缩材料功能及应用一、电致伸缩材料在外电场作用下电介质所产生的与场强二次方成正比的应变，称为电致伸缩。

这种效应是由电场中电介质的极化所引起，并可以发生在所有的电介质中。

其特征是应变的正负与外电场方向无关。

在压电体中（见压电性），外电场还可以引起另一种类型的应变；其大小与场强成比例，当外场反向时应变正负亦反号。

后者是压电效应的逆效应，不是电致伸缩。

外电场所引起的压电体的总应变为逆压电效应与电致伸缩效应之和。

对于非压电体，外电场只引起电致伸缩应变。

电介质在电场作用下发生弹性形变的现象。

是压电效应的逆效应。

因电介质分子在电场中发生极化，沿电场方向排列的分子相互吸引而引起。

当场强大小发生周期性变化时，能引起材料沿电场方向发生振动。

若在电介质材料(如钛酸钡等)两端所加交变电压的频率与材料的固有频率相同时，材料将发生共振。

（1）电致伸缩效应与压电效应电致伸缩效应也是一种基本的机—电耦合效应，但是对它的实研究开展得较迟，因为电致伸缩是个二次效应，通常由其产生的形变非常小，给实验带来了困难，因此人们对它不太熟悉。

众所周知，电介质晶体在外电场作用下应变与电场的一般关系式=⋅+⋅⋅式中，第一项表示逆压电效应;d为压电系为: S d E M E E数，第二项表示电致伸缩效应;M为电极伸缩系数，它是由电场诱导极化而引起的形变与电场平方成正比。

逆压电效应仅在无对称中心晶体中才有;而电致伸缩效应则为所有电介质晶体都有，不过一般说来它是很微弱的。

压电单晶如石英、罗息盐等它们的压电系数比电致伸缩系数大几个数量级，结果在低于IMV/m的电场作用下只看到第一项的作用，即表现为压电效应。

在一般铁电陶瓷中，电致伸缩系数比压电系数大，在没有极化前虽然单个晶粒具有自发极化但它们总体不表现净的压电性。

在极化过程中净的极化强度被冻结(即剩余极化)并产生一个很强的内电场，如BaTIO。

陶瓷净的剩余极化产生一个27MV/m的内电场，这样高的内电场起了电致伸缩效应的偏压作用，因此极化后陶瓷在弱外电场作用下产生宏观线性压电效应。

电致伸缩和磁致伸缩一、电致伸缩技术电致伸缩是一种通过施加电场来实现材料伸缩变形的技术。

它基于智能材料的电致变形效应，根据不同的电场强度和极性来调控材料的伸缩行为。

常见的电致伸缩材料包括压电材料、电致伸缩液晶和电致伸缩高分子等。

1.1 压电材料压电材料是最早被发现具有电致变形效应的材料之一，具有压电效应的材料在施加电场后会发生形变。

这种形变可以是线性的、非线性的或者是复合的，取决于材料的结构和电场的作用方式。

压电材料被广泛应用于超声波换能器、声波滤波器和伺服阀等领域。

1.2 电致伸缩液晶电致伸缩液晶是一种利用电场调控液晶分子排列以实现材料伸缩变形的技术。

通过改变电场的强度和方向，可以实现液晶分子的有序排列或者无序排列，从而引起液晶体的伸缩变形。

电致伸缩液晶在显示技术、光学调制和光学变焦等领域有着广泛的应用。

1.3 电致伸缩高分子电致伸缩高分子是一种能够在电场作用下实现形变的聚合物材料。

通过在高分子链上引入电活性基团或者电荷基团，可以实现高分子材料的电致变形。

电致伸缩高分子被广泛应用于人工肌肉、可穿戴设备和智能结构等领域。

二、磁致伸缩技术磁致伸缩是一种利用磁场来实现材料伸缩变形的技术。

它基于智能材料的磁致变形效应，根据不同的磁场强度和方向来控制材料的伸缩行为。

常见的磁致伸缩材料包括磁形记忆合金、磁流变流体和磁致伸缩复合材料等。

2.1 磁形记忆合金磁形记忆合金是一种具有磁致变形效应的智能材料，能够在磁场的作用下发生形变。

磁形记忆合金通常由镍、钴和铁等元素组成，在不同的磁场强度和方向下会产生不同的形变效应。

磁形记忆合金在医疗器械、航空航天和汽车工程等领域有着广泛的应用。

2.2 磁流变流体磁流变流体是一种能够在磁场的作用下改变流变性质的智能材料，通常由磁性粒子和悬浮介质组成。

通过改变磁场的强度和方向，可以调节磁流变流体的粘度和流动性，从而实现材料的伸缩变形。

磁流变流体被广泛应用于减震器、密封件和振动控制系统等领域。

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。

磁致伸缩原理
磁致伸缩是一种材料在磁场作用下发生体积变化的现象。

这种现象是由于材料内部存在磁性颗粒或晶格与局域的磁矩相互作用所导致的。

在外加磁场的作用下，磁致伸缩材料的磁矩会受到磁场力的作用，使得材料的晶格结构发生变化。

这种变化可以是材料的体积增大或缩小，取决于材料的特性和磁场的性质。

磁致伸缩现象常见于一些具有铁、镍等磁性元素的合金材料，例如镍钛记忆合金。

在这种合金中，当外加磁场消失时，磁性晶格会重新排列，材料会恢复到原始形状。

这种记忆效应使得磁致伸缩材料在各种应变传感器、声发射传感器、电动机等领域有着广泛的应用。

磁致伸缩材料的应用还可以根据其体积变化的性质来进行分类。

一类是正磁致伸缩材料，它们在磁场作用下体积增大。

另一类是负磁致伸缩材料，它们在磁场作用下体积缩小。

这两类材料都有其特定的应用场景，例如正磁致伸缩材料可以用于音频设备中的扩音器，而负磁致伸缩材料则可以用于微机电系统（MEMS）的振动控制。

总之，磁致伸缩是一种通过改变材料体积的方法来响应磁场作用的现象。

通过研究和应用这种现象，可以在各种领域中实现磁场控制下的尺寸和形状变化，从而为各种设备和系统的设计和制造提供新的可能性。

磁致伸缩材料及其在机械工程中的应用篇一咱今儿个就唠唠磁致伸缩材料，这名字听着挺高大上，其实原理说起来也不是特别复杂。

简单来讲，这材料啊，你给它搁在磁场里，它就会像个被叫醒的“懒家伙”一样，伸伸胳膊伸伸腿，也就是尺寸变长或者缩短，而且这种变化还挺规律，能被咱利用起来干不少事儿。

我有个大学同学，毕业后一头扎进了精密仪器制造的行当。

有一回我去他那小工作室参观，真算是开了眼。

他们当时在捣鼓一个超精密的位移传感器，这传感器精度要求那叫一个高，头发丝儿粗细的误差都不行。

以前用的普通材料，温度稍微有点波动，或者用久了，测量就不准了，可把他们愁坏了。

后来有人提议试试磁致伸缩材料，嘿，你还别说，效果立竿见影。

这磁致伸缩材料做的传感器核心部件，就那么一小条，跟小指头差不多粗细。

当电流通过周围的线圈产生磁场时，它就麻溜地响应起来，根据磁场强度变化，精准地伸缩。

我同学拿着个检测设备给我演示，屏幕上数字跳得那叫一个稳，微米级的位移都能实时反馈出来。

就靠着这材料，他们那批传感器一上市，就受到好多高端实验室和电子厂的青睐，订单像雪片一样飞来。

在机械工程里，这磁致伸缩材料用处可多了去了。

像数控机床，加工那些高精度的零件，刀具得时刻保持锋利，还得精准定位。

以前靠机械传动和普通的感应装置，调整刀具位置的时候总是有点延迟，加工出来的零件表面光洁度老是差点意思。

现在用上磁致伸缩材料做的驱动器，给指令瞬间就能反应，让刀具“指哪打哪”。

我上次去一家模具厂，看见师傅们用新设备加工模具，那模具表面，光滑得都能当镜子照，据说就是因为换了磁致伸缩的“智能帮手”，废品率都降低了一大截。

再讲讲大型桥梁的健康监测。

大家都知道桥梁天天风吹日晒，还得承受车来车往的重压，时间长了，结构难免会有损伤。

以前靠人工定期巡检，有些细微裂缝根本发现不了。

现在有了基于磁致伸缩材料的应力传感器，贴在桥梁关键部位，就像给它装了个“智能把脉器”。

磁场轻轻一“撩”，材料根据受力情况伸缩，把应力变化实时传回来。

磁致伸缩效磁致伸缩效应是指在磁场作用下，材料发生形变的现象。

这一效应广泛应用于各个领域，如传感器、执行器、声音发生器等。

本文将介绍磁致伸缩效应的原理、应用以及未来发展方向。

磁致伸缩效应的原理是基于磁场对材料内部的磁畴结构的影响。

当外加磁场作用于材料时，材料内部的磁畴结构会发生变化，从而引起材料的形变。

这种形变主要有两种类型：磁致伸长效应和磁致收缩效应。

磁致伸长效应是指材料在磁场作用下沿磁场方向发生拉伸；磁致收缩效应则是指材料在磁场作用下沿磁场方向发生收缩。

磁致伸缩效应的应用非常广泛。

其中一个重要的应用是在传感器领域。

利用磁致伸缩效应，可以制造出高灵敏度的应变传感器。

当外力作用于传感器时，传感器的形变会引起磁场的变化，从而产生电信号。

通过测量这个电信号的变化，可以得到外力的大小和方向。

这种传感器广泛应用于工程结构监测、医疗诊断等领域。

另一个重要的应用是在执行器领域。

执行器是一种将电能转化为机械能的装置。

利用磁致伸缩效应，可以制造出高精度的执行器。

当电流通过执行器时，磁场作用于材料，引起形变，从而实现机械运动。

这种执行器广泛应用于精密仪器、自动化设备等领域。

除了传感器和执行器，磁致伸缩效应还可以应用于声音发生器。

声音发生器是一种能够产生声音的装置。

利用磁致伸缩效应，可以制造出高音质的声音发生器。

当电信号通过发生器时，磁场作用于材料，引起形变，从而产生声音。

这种声音发生器广泛应用于音响设备、通信设备等领域。

尽管磁致伸缩效应已经在很多领域得到了广泛应用，但是仍然存在一些挑战和待解决的问题。

首先，目前制造磁致伸缩材料的成本较高，限制了其在大规模应用中的推广。

其次，磁致伸缩材料的性能受温度的影响较大，高温环境下其效果会大大降低。

此外，磁致伸缩效应还存在一些未解决的基础科学问题，如材料的磁畴结构调控、磁场对材料的破坏等。

为了解决这些问题，研究人员正在进行一系列的研究工作。

一方面，他们致力于开发低成本、高性能的磁致伸缩材料，以促进其在各个领域的应用。

超磁致伸缩材料及其应用13新能源（01）班张梦煌1305201026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，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。

超磁致伸缩材料Terfenol-D与压电陶瓷材料相比具有更优越的性能。

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。

由于具有应变值大、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，该材料已引起广泛的注意，并逐步开始应用于声纳、超声器件、微位移控制、机器人、流体器件中。

表1.1给出了电磁场，变形场和温度场之间能量转换的不同效应。

形状记忆合金和压电陶瓷都已在航空航天结构中被用于控制和制动。

形状记忆合金非常适合用在高冲程量、低带宽的领域中，例如旋翼叶片的飞行追踪。

而压电陶瓷适用于低冲程量、高带宽的情形，例如被安置在直升飞机的后缘襟翼上以降低较高的谐波振动。

磁致伸缩材料可以提供机械能和磁能之间的转化，其带宽在30KHz左右，低于电致伸缩材料和压电陶瓷，但高于形状记忆合金。

在过去的几年中，能产生大于0.001应变的磁致仲缩材料受到广泛的关注，这主要是因为这种材料非常适合应用在一些需要较大驱动力和较小位移的领域，如可变形表面，主动振动控制和精确制造等等，在商业应用中也可以产生巨大的经济效益。

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。

铽镝铁大磁致伸缩材料1范围本文件规定了铽镝铁大磁致伸缩材料的牌号、要求、试验方法、检验规则和包装、标志、运输、贮存及随行文件。

本文件适用于定向凝固工艺生产的铽镝铁大磁致伸缩材料。

2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

其中，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T2828.1—2012计数抽样检验程序第1部分：按接受质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划GB/T7314金属材料室温压缩试验方法GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判断GB/T9637电工术语磁性材料与元件GB/T13012软磁材料直流磁性能的测量方法GB/T17803稀土产品牌号表示方法GB39176稀土产品的包装、标志、运输和贮存3术语和定义GB/T9637界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1磁致伸缩系数magnetostrictive coefficient在外磁场作用下产生的尺寸相对变化量（应变），用λ表示。

测量方向与外加磁场方向平行时所测得的磁致伸缩系数为平行磁致伸缩系数，用λ∥表示。

3.2动态磁致伸缩系数dynamic magnetostrictive coefficient平行磁致伸缩系数随磁场变化的变化率称为动态磁致伸缩系数，用d33表示，单位为m/A。

33=B∥∕d3.3磁致伸缩温度系数temperature coefficient of magnetostriction在一定磁场与预压应力下，平行磁致伸缩系数随温度变化的变化率，用αλ表示，单位为1/℃。

=B∥∕d3.4磁致伸缩不均匀度nonuniformity of magnetostriction一定匀强磁场下，磁致伸缩材料不同位置的平行磁致伸缩系数（λ∥N ）与其平均值（∥ =（λ∥1+λ∥2+λ∥3+……+λ∥N ）/N ）的偏离程度，用N表示。