智能材料簡介(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上智能材料簡介智能材料(Intelligent material)，是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當(dāng)處理且本身可執(zhí)行的新型功能材料。智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化。它是一種集材料與結(jié)構(gòu)、智然處理、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)于一體的復(fù)雜的材料體系。它的設(shè)計與合成幾乎橫跨所有的高技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域。智能材料的構(gòu)想來源于仿生(仿生就是模仿大自然中生物的一些獨特功能制造人類使用的工具，如模仿蜻蜓制造飛機(jī)

2、等等)，它的目標(biāo)就是想研制出一種材料，使它成為具有類似于生物的各種功能的活的材料。因此智能材料必須具備感知、驅(qū)動和控制這三個基本要素。但是現(xiàn)有的材料一般比較單一，難以滿足智能材料的要求，所以智能材料一般由兩種或兩種以上的材料復(fù)合構(gòu)成一個智能材料系統(tǒng)。這就使得智能材料的設(shè)計、制造、加工和性能結(jié)構(gòu)特征均涉及到了材料學(xué)的最前沿領(lǐng)域，使智能材料代表了材料科學(xué)的最活躍方面和最先進(jìn)的發(fā)展方向。智能材料的類別（1） 按材料基質(zhì)的不同分類(1)金屬系智能材料主要種類：形狀記憶合金、磁致伸縮材料等(2)無機(jī)非金屬系智能材料主要種類：電(磁)流變流體、壓電陶瓷、光致變色和電致變色材料等光纖智能材料。(3)高分子系

3、智能材料主要種類刺激響應(yīng)性高分子凝膠，智能高分子膜材，智能藥物釋放體系，智能纖維與織物等(4)復(fù)合和雜化型智能材料構(gòu)成智能材料的基本材料組元有壓電材料、形狀記憶材料、光導(dǎo)纖維、電(磁)流變液、磁致伸縮材料和智能高分子材料等。 （二）按材料的智能特性不同分類 1、形狀記憶合金； 2、電流變體和磁流變體；3、磁致伸縮材料； 4、壓電陶瓷；5、電致伸縮陶瓷； 6、光纖智能材料；7、光致變色玻璃；8、電致變色材料；下面從定義，分類，代表性材料，優(yōu)缺點及應(yīng)用簡要介紹幾種智能材料：1. 形狀記憶材料定義：具有一定形狀的固體材料，在某一低溫狀態(tài)下經(jīng)過塑性變形后，通過加熱到這種材料固有的某一臨界溫度以上時，材

4、料又恢復(fù)到初始形狀的現(xiàn)象，稱為形狀記憶效應(yīng)。具有形狀記憶效應(yīng)的材料稱為形狀記憶材料。例如，在高溫時將處理成一定形狀的金屬急冷下來，在低溫相狀態(tài)下經(jīng)塑性變形成另一種形狀，然后加熱到高溫相成為穩(wěn)定狀態(tài)的溫度時通過馬氏體逆相變會恢復(fù)到低溫塑性變形前的形狀。具有這種形狀記憶效應(yīng)的金屬，通常是由2種以上的金屬元素構(gòu)成的合金，故稱為形狀記憶合金(Shape Memory Alloys ，簡稱SMA).分類：形狀記憶效應(yīng)可分為3種類型：單程形狀記憶效應(yīng)、雙程形狀記憶效應(yīng)和全程形狀記憶效應(yīng)。所謂單程形狀記憶效應(yīng)就是材料在高溫下制成某種形狀，在低溫時將其任意變形，再加熱時恢復(fù)為高溫相形狀，而重新冷卻時卻不能恢復(fù)

5、低溫相時的形狀。若加熱時恢復(fù)高溫相時的形狀，冷卻時恢復(fù)低溫相形狀，即通過溫度升降自發(fā)可逆的反復(fù)恢復(fù)高低溫相形狀的現(xiàn)象稱為雙程形狀記憶效應(yīng)。當(dāng)加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹母邷叵嘈螤畹默F(xiàn)象稱為全程形狀記憶效應(yīng)。它是一種特殊的雙程形狀記憶效應(yīng)，只能在富Ti-Ni合金中出現(xiàn)。形狀記憶材料可以分為形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶高分子材料。形狀記憶合金按照組成和相變特征可以分為三大類：Ti-Ni系，Cu基以及Fe基形狀記憶合金。代表性材料及優(yōu)缺點：1）Ti-Ni合金是目前所有形狀記憶合金中研究得最全面、記憶性能最好、實用性強(qiáng)的合金材料，TiNi合金有3種金屬化合物：Ti2Ni

6、，TiNi和TiNi2。優(yōu)點：可記憶形變最大，性能穩(wěn)定，有生物相容性，且可逆轉(zhuǎn)變溫度與人體體溫相似；缺點：價格昂貴，制作工藝復(fù)雜；可以通過多元合金化改善。2） 銅基系形狀記億合金種類比較多，以Cu-Zn-Al及Cu-Al-Ni合金為主。優(yōu)點：價格低，記憶效應(yīng)較好，加工容易；缺點：穩(wěn)定性差，不具有生物相容性，可通過分級淬火改善。3）Fe基形狀記憶合金分為熱彈性馬氏體相變及非熱彈性馬氏體相變。優(yōu)點：擴(kuò)展到非熱彈性馬氏體相變體系；缺點：價格高，應(yīng)用范圍不大4）形狀記憶陶瓷ZrO2陶瓷，大多屬于非彈性馬氏體相變體系，但可記憶形變量小，壽命短，無雙程記憶效應(yīng)。5）形狀記憶聚合物：聚降冰片烯，聚氨酯等，與

7、形狀記憶合金相比：優(yōu)點：形變量大，形狀恢復(fù)應(yīng)力低，形狀恢復(fù)溫度可調(diào)整缺點：耐疲勞性差，只有單程記憶效應(yīng)。應(yīng)用：形狀記憶材料作為新型功能材料在航空航天、自動控制系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)、能源等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。例如用于各種管件的接頭及熱發(fā)動機(jī)等。 形狀記憶合金應(yīng)用最典型的例子是制造人造衛(wèi)星天線，由TiNi 合金板制成的天線能卷入衛(wèi)星體內(nèi)，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入軌道后，利用太陽能或其他熱源加熱就能在太空中展開。美國宇航局(NASA)曾利用TiNi合金加工制成半球狀的月面天線，并加以形狀記憶熱處理，然后壓成一團(tuán)，用阿波羅運載火箭送上月球表面，小團(tuán)天線受太陽照射加熱引起形狀記憶而恢復(fù)原狀，即構(gòu)成正常運行的半球狀天線，可用于通

8、訊。2.壓電材料定義：壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。壓電效應(yīng)的原理是，如果對壓電材料施加壓力，它便會產(chǎn)生電位差(稱之為正壓電效應(yīng))，反之施加電壓,則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力(稱為逆壓電效應(yīng))。如果壓力是一種高頻震動，則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產(chǎn)生高頻聲信號(機(jī)械震動)。分類：分為無機(jī)壓電材料和有機(jī)壓電材料。無機(jī)壓電材料又分為分為和，壓電晶體一般是指壓電單晶體;壓電陶瓷則泛指壓電多晶體。壓電陶瓷是指用必要成份的原料進(jìn)行混合、成型、高溫?zé)Y(jié)，由粉粒之間的固相反應(yīng)和燒結(jié)過程而獲得的微細(xì)晶粒無規(guī)則集合而成的多晶體。具有壓電性的陶瓷稱壓電陶瓷，實際上也是鐵電陶瓷

9、。在這種陶瓷的晶粒之中存在鐵電疇，鐵電疇由自發(fā)極化方向反向平行的180 疇和自發(fā)極化方向互相垂直的90疇組成，這些電疇在人工極化(施加強(qiáng)直流電場)條件下，自發(fā)極化依外電場方向充分排列并在撤消外電場后保持剩余極化強(qiáng)度，因此具有宏觀壓電性。如:鈦酸鋇BT、鋯鈦酸鉛PZT、改性鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉛、鈮酸鉛鋇鋰PBLN、改性鈦酸鉛PT等。代表性材料及優(yōu)缺點：壓電晶體：水晶(石英晶體)、鎵酸鋰、鍺酸鋰、鍺酸鈦以及鐵晶體管鈮酸鋰、鉭酸鋰等；優(yōu)點：穩(wěn)定性很高，機(jī)械品質(zhì)因子高；缺點：壓電性弱，介電常數(shù)很低，受切型限制存在尺寸局限。壓電陶瓷：鈦酸鋇BT、鋯鈦酸鉛PZT、改性鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉛、鈮酸鉛鋇鋰PBLN、

10、改性鈦酸鉛PT等；優(yōu)點：壓電性強(qiáng)、介電常數(shù)高、可以加工成任意形狀；缺點：機(jī)械品質(zhì)因子較低、電損耗較大、穩(wěn)定性差。有機(jī)壓電材料：聚偏氟乙烯(PVDF)(薄膜)及以它為代表的其他有機(jī)壓電(薄膜)材料；優(yōu)點：材質(zhì)柔韌，低密度，低阻抗和高壓電電壓常數(shù)；缺點：壓電應(yīng)變常數(shù)(d)偏低，使之作為有源發(fā)射換能器受到很大的限制。應(yīng)用：壓電材料的應(yīng)用領(lǐng)域可以粗略分為兩大類:即振動能和超聲振動能-電能換能器應(yīng)用，包括電聲換能器，水聲換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅(qū)動器應(yīng)用。例如PbTiO3系壓電陶瓷具最適合制作高頻高溫，無機(jī)壓電陶瓷和有機(jī)高分子樹脂構(gòu)成的壓電復(fù)合材料，兼?zhèn)錈o機(jī)和有機(jī)壓電材料的性能，并能產(chǎn)生兩

11、相都沒有的特性。因此，可以根據(jù)需要，綜合二相材料的優(yōu)點，制作良好性能的換能器和傳感器。它的接收靈敏度很高，比普通壓電陶瓷更適合于水聲換能器。在其它和傳感器方面，壓電復(fù)合材料也有較大優(yōu)勢。壓電材料除了以上用途外還有其它相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。如鑒頻器、壓電震蕩器、變壓器、等。3. 敏感材料敏感材料，是指能將各種物理的或化學(xué)的非電參量轉(zhuǎn)換成電參量的功能材料。這類材料的共同特點是電阻率隨溫度、電壓、濕度以及周圍氣體環(huán)境等的變化而變化。用敏感材料制成的傳感器具有信息感受、交換和傳遞的功能，可分別用于熱敏、氣敏、濕敏、壓敏、聲敏以及色敏等不同領(lǐng)域。 敏感材料是當(dāng)前最活躍的無機(jī)功能材料，各種傳感器的開發(fā)應(yīng)用具有重

12、要意義，對遙感技術(shù)、自動控制技術(shù)、化工檢測、防爆、防火、防毒、防止缺氧以及家庭生活現(xiàn)代化等都有直接的關(guān)系。分類及代表性材料特點應(yīng)用：按材料的特性可以分為熱敏，光敏，壓敏，濕敏，氣敏及熱釋電陶瓷等；熱敏材料,是材料的某些性能歲溫度的變化而變化的功能材料.目前可以分為兩大類:熱敏電阻材料和熱釋電材料。熱敏電阻材料是指材料的電阻值隨溫度的變化而變化，又可分為三種情況：（1） 材料所具有的電阻值隨溫度的上升而增大的特性*即具有正溫度系數(shù)，稱為PTC熱敏電阻。典型的PTC熱敏系列有BaTiO3、以BaTiO3為基的BaTiO3-SrTiO3-PbTiO3固溶體、以氧化鋇和氧化溴為基的多元材料等。其中以B

13、aTiO3材料最具代表性，它是當(dāng)前研究得最成熟實用范圍員廣的PTC熱敏材料。（2）材料所具有的電阻值隨溫度的上升而減少的特性，即具有負(fù)溫度系數(shù)，稱為NTC熱敏電阻。NTC熱敏電阻是研究最早、生產(chǎn)最成熟、應(yīng)用最廣泛的熱敏材樹之一。這類熱敏材料大都是用錳、鉆、鎳、鐵等過渡金屑氧化物按一定配比混合，采用陶瓷工藝制備而成。如NiO中摻入微量Li2O或CaO、FeO、MnO2中摻入Li2O形成的P型半導(dǎo)體。（3）材料所具有的電阻值隨溫度的升高而下降，當(dāng)在某一溫度下電阻值猛 烈減小(下降達(dá)24個數(shù)量級)的特性，即具有臨界溫度特性，稱為CTR熱敏電阻。屬于這種材料的有氧化釩系的非線性電阻材料，這種材料是V2

14、O5與鋇、硅、磷等的氧化物混合后在含有H2，CO2，混合氣體的弱還原氣氛中燒結(jié)而成。居里點(轉(zhuǎn)交點)的溫度可以通過添加鍺、鎳、鎢、錳等元累來移動。利用這類熱敏電阻可以制成固態(tài)無觸點開關(guān)，廣泛用于溫度自動控制、過熱保護(hù)、火災(zāi)報警器及致冷設(shè)備中。因溫度變化引起自發(fā)極化值變化的現(xiàn)象，稱為熱釋電現(xiàn)象。具有熱釋電現(xiàn)象的材料稱為熱釋電材料。即熱釋電材料是指材料兩端產(chǎn)生的電壓隨溫度變化而變化的一類功能材料。其主要特點是，材料隨著溫度的變化會引起材料內(nèi)部介質(zhì)的極化。即加熱該材料，材料的兩端會產(chǎn)生效量相等符號相反的電荷，如果將其冷卻，電荷的極性與加熱時恰好相反。材料的這種性質(zhì)稱為熱釋電性。這種熱釋電效應(yīng)是由于材

15、料的晶體中存在著自發(fā)極化所引起的。自發(fā)極化與感應(yīng)極化不同，它不是由外電場作用而發(fā)生的，而是由于材料本身的結(jié)構(gòu)在某個方面上正、負(fù)電荷重心不重合而引起的。當(dāng)溫度恒定時，電自發(fā)極化出現(xiàn)在表面的電荷與吸附存在于空氣中相反的電荷產(chǎn)生電中和。若溫度發(fā)生變化，自發(fā)極化的大小產(chǎn)生變化，于是中性狀態(tài)受到破壞，而產(chǎn)生電荷的不平衡。具有熱釋電效應(yīng)的材料有上干種，但目前能應(yīng)用的僅十幾種，其中純屬無機(jī)材料的有鋯鐵酸鉛鑭（Pb，La）（Zr，Ti）O3等，這是近年來才發(fā)展起來的透明陶瓷材料，工作溫度可高達(dá)240。氣敏材料是指材料的電阻隨周圍氣體環(huán)境的變化而變化的一類功能材料。利用這種材料與相應(yīng)的電子線路則可組成“電子鼻”

16、，它不僅能區(qū)分不同的氣體，而且可以指示濃度。例如，在ZrO2中固溶CaO，MgO，Y2O3等而得到氧化鋯材料，這種材料的晶格中產(chǎn)生了缺陷，有利于氧離子在其中的移動；同時這種材料又具有多孔性，使氣體容易滲透進(jìn)去，因此可以用來制成測定氧分壓的包傳感器。這種傳感器響應(yīng)速度快，電動勢穩(wěn)定，可測定氧分壓范圍寬，且耐高溫、現(xiàn)已大量用于汽車排氣和煉鋼過程中氧的檢測。除了氧化鋯用于O2的傳感器外，氧化鈦系亦可制成O2的傳感器。其他氣體傳感器可使用氧化錫、氧化鋅、氧化鎳、氧化鉻、氧化釩、氧化鐵、氧化鎢等多種材料，用于檢測H2，CO2NOf烴等。例如SnO2，,ZnO等半導(dǎo)體材料，在通常的氣體介質(zhì)中吸附氧氣，電阻

17、變大，而一日接觸丙烷氣、氫氣等可燃性氣體時，與吸附的氧氣發(fā)生反應(yīng)，使電阻變小，因此通過電阻的變化可以檢查可燃性氣體是否泄漏。利用氣敏材料制成的敏感元件，近幾十年來在國內(nèi)外已有了很大的發(fā)展，其檢測靈敏度通常為百萬分之一的數(shù)量級，個別甚至可達(dá)十億分之一的數(shù)量級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了動物的嗅覺感知度，故有“電子鼻”之稱。已經(jīng)在石油、化工、煤礦、汽車制造、電子、發(fā)電等工業(yè)部門以及環(huán)境監(jiān)測、住宅有害氣體報警、國防等部門進(jìn)入了實用化階段。壓敏材料是指材料的電阻值隨加于其上電壓不同而顯著變化的非歐姆性電阻材料。具有這種特殊性能的材料包括硅、鍺等單晶半導(dǎo)體，以及SiC，TiO2，SrTiO3，ZnO等。其中以ZnO壓敏

18、材料的特性最佳，它的配料組成因?qū)Ξa(chǎn)品性能參數(shù)要求不同而異。以ZnO為主體的壓敏電阻器，它具有優(yōu)良的非線性、耐強(qiáng)浪涌能力、能在寬闊的范圍內(nèi)調(diào)變壓敏電壓等性能因此在電力、通訊、交通、工業(yè)保護(hù)及軍事電子學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。除了主要用于過電壓保護(hù)和穩(wěn)壓方面外，目前正在開發(fā)電涌吸收元件、高壓輸電、集成電路的保護(hù)等方面的應(yīng)用。濕敏材料是指材料的電阻值隨所處環(huán)境的濕度變化而變化以功能材料，又稱為濕敏電阻(材料)。它是在電絕緣物質(zhì)中滲入容易吸潮的物質(zhì)，如氯化鋰、氧化鋅等加工而成。它能將濕度的變化轉(zhuǎn)換成電的信號，所以又叫濕度傳感器。有了它就可以實現(xiàn)濕度的自動指示、自動記錄、自動控制與調(diào)節(jié)。 4.電流變體與

19、磁流變體電流變體：1947年，一個叫溫斯洛的美國人發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象。他把石膏、石灰和炭粉加在橄欖油中，然后加水?dāng)嚦梢环N懸浮液，想看看這種懸浮液能不能導(dǎo)電。在試驗中，他意外地發(fā)現(xiàn)，這種懸浮液沒有加上電場時，可以像水或油一樣自由地流動；可是一加上電場，就能立即由自由流動的液體變成固體，而且隨著電場強(qiáng)度的增加，固體的強(qiáng)度也在增加。當(dāng)撤消電場時，它又能立即由固體變回液體。由于這種懸浮液可以用電場來控制，因此科學(xué)家們就把它叫做“電流變體”，并把這種現(xiàn)象稱為“溫斯洛現(xiàn)象”。組成：1，連續(xù)相 2，分散相 3，添加劑電流變體材料必須具備介電不匹配性、密度匹配性和高的屈服應(yīng)力及低電場強(qiáng)度的特性。介電不匹配性

20、是指電流變體材料中, 分散相和連續(xù)相的介電不匹配性, 在外電場作用下, 這種介電不匹配性將導(dǎo)致懸浮液內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的電場, 粒子極化后就會沿電場方向形成鏈狀、柱狀的纖維結(jié)構(gòu); 密度匹配性是指電流變體材料的液-固兩相的密度盡可能相一致, 以解決長期存放后粒子的沉降問題; 高屈服應(yīng)力和低電場強(qiáng)度特性是指在較低的電場強(qiáng)度下獲得高的動態(tài)剪切應(yīng)力, 以滿足電流變體材料在實際中應(yīng)用的需要。分類及優(yōu)缺點：粒子分散型電流變體和均一型電流變體，其中粒子分散型電流變體又分為含水系和無水系電流變體。含水系的電流變體一般由連續(xù)相( 分散介質(zhì))、懸浮顆粒( 被分散相) 和添加劑組成。連續(xù)相一般是硅油、礦物油和變壓器油等

21、液體, 這些液體通常應(yīng)具備高沸點、低粘度、電阻大、介電常數(shù)高等特點。懸浮顆粒一般利用吸附水的淀粉或二氧化硅顆粒等, 添加劑一般有水和表面活性劑等。Winslow 發(fā)現(xiàn)的電流變體就是典型的含水系粒子分散型電流變體, 他是將吸附水的二氧化硅膠粒加入到硅油中, 發(fā)現(xiàn)懸浮液具有電流變效應(yīng)。此外,金屬氧化物、纖維素、淀粉等也是含水電流變體的常用分散介質(zhì)。缺點：含水系的電流變體具有許多無法克服的缺點, 通常含水的電流變體, 當(dāng)溫度升高時, 會增加電荷在粒子間的流動, 例如,溫度每升高 6,它們的電導(dǎo)率會提高一倍, 從而導(dǎo)致了大量的電力消耗; 同時,高溫時逸出的水會腐蝕電流變體工作的設(shè)備; 另外,這些含水系

22、電流變體工作的最高溫度為 80,這將很難用于高溫下工作的電流變體控制器件中。無水系電流變體有機(jī)半導(dǎo)體粒子制得的電流變體、用復(fù)合材料粒子制得的電流變體以及用其他粒子制得的電流變體等。有機(jī)半導(dǎo)體粒子電流變體具有比含水電流變體寬得多的工作溫度范圍、少得多的電源消耗。聚丙烯腈焦化物、聚吡醌、聚苯胺等有機(jī)半導(dǎo)體粒子分散在液體介質(zhì)中都具有電流變性能。其中,聚苯胺粒子由于具有化學(xué)及熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、電性能可調(diào)、比重與油接近、成本低的特性, 所得到的屈服應(yīng)力也較大 ,作為一類很有希望的電流變材料倍受研究者的青睞。復(fù)合材料粒子則可以充分利用幾種材料的優(yōu)異性能而得到綜合性能良好的新型材料,所以, 利用復(fù)合材料粒子作

23、為分散介質(zhì)是很有前途的研究方向。例如 -Fe2O3 和聚丙烯酸鋰的復(fù)合微粒作為分散介質(zhì)的電流變體; 二氧化硅和聚苯胺復(fù)合粒子作為分散相的電流變體; 在聚苯胺的表面涂上一層多糖物質(zhì),分散在硅油中, 發(fā)現(xiàn)復(fù)合粒子制得電流變體的屈服應(yīng)力、漏電電流及零場粘度都比單一聚苯胺粒子分散在硅油中得到的電流變體有所改善。利用其他粒子制得電流變體的例子有焦炭材料、硅鋁酸鹽粒子、添加了 I2 的聚吡啶嗡鹽等。均一型：粒子分散型的電流變體都是固液兩相懸浮液, 由于動力學(xué)不穩(wěn)定性導(dǎo)致了其易沉降的特點, 嚴(yán)重的會使電流變效應(yīng)喪失或破壞密封件等裝置。添加合適的表面活性劑或不停攪拌可以暫緩粒子下沉即兩相分離現(xiàn)象,但也不能解決

24、長期儲存和工作的問題。 為克服上述困難, 單相電流變體的研究逐漸引起了人們的重視。目前以液晶材料為基礎(chǔ)的均一型電流變體的開發(fā)是電流變體材料研究的另一熱點。因為液晶材料在低的電場強(qiáng)度下就會有電流變效應(yīng),因此特別受到關(guān)注。 但是低分子液晶的電流變效應(yīng)較弱。液晶電流變體的缺點是由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變所需的響應(yīng)時間太長。應(yīng)用及發(fā)展：電流變體材料的應(yīng)用范圍大致可分為三類 ,即離合器、液壓閥和減振器, 另外的應(yīng)用領(lǐng)域還有機(jī)器人等。理論上,電流變體應(yīng)該有在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用的潛力,但是由于種種原因, 目前還沒有一項產(chǎn)品實現(xiàn)商品化。阻礙電流變體工程應(yīng)用的主要因素有: 對電流變體的作用機(jī)理至今尚了解不透徹,電流變體的屈

25、服應(yīng)力太低, 磨耗性能達(dá)不到要求,形成電流變效應(yīng)的電場強(qiáng)度過高, 長期使時粒子易沉降且電流變效應(yīng)不穩(wěn)定等。要使電流變體在工業(yè)上得以應(yīng)用,還需要加強(qiáng)以下幾個方面的工作: 1.進(jìn)一步研究電流變體的作用機(jī)理,對電流變現(xiàn)象有關(guān)的物理 、化學(xué)概念作徹底了解,弄清有關(guān)材料的性質(zhì)與電流變現(xiàn)象的關(guān)系以及影響電流變現(xiàn)象的因素, 然后根據(jù)相關(guān)的聯(lián)系進(jìn)行材料的設(shè)計; 2.尋找更好的粒子材料, 特別是加強(qiáng)無機(jī)-有機(jī)復(fù)合粒子的研究, 使電流變體的屈服應(yīng)力從現(xiàn)在的 1 5kPa/2. 5kV 提高到 10 15kPa 2. 5kV 以上; 3.電流變添加劑有必要進(jìn)行深入的研究, 以改善電流變體的穩(wěn)定性并提高屈服應(yīng)力,這方

26、面的研究是電流變體實用化的關(guān)鍵 ,值得充分重視; 4.單相均一電流變體有望徹底解決體系的沉降穩(wěn)定性問題,需要進(jìn)行更多的研究工作。磁流變體：磁流變液（Magnetorheological Fluid , 簡稱MR流體）屬可控流體，是智能材料中研究較為活躍的一支。磁流變液是由高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁性液體混合而成的懸浮體。這種懸浮體在零磁場條件下呈現(xiàn)出低粘度的牛頓流體特性；而在強(qiáng)磁場作用下，則呈現(xiàn)出高粘度、低流動性的Bingham體特性。由于磁流變液在磁場作用下的流變是瞬間的、可逆的、而且其流變后的剪切屈服強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度具有穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系，因此是一種用途廣泛、性能優(yōu)良的智能材料。

27、磁流變液應(yīng)滿足的指標(biāo)：（1）零磁場粘度低，以便使其在磁場作用下，具有同等剪切屈服強(qiáng)度增長時，具有更大的可調(diào)范圍。（2）強(qiáng)磁場下剪切屈服強(qiáng)度高，至少應(yīng)達(dá)到2030Kpa，這是衡量磁流變液特性的主要指標(biāo)之一。（3）雜質(zhì)干擾小，以增加其使用范圍。（4）溫度使用范圍寬，即在相當(dāng)寬的溫度范圍具有極高的穩(wěn)定性。（5）響應(yīng)速度快，最好能達(dá)到毫秒級，以使磁流變液減振器作為主動和半主動控制器時，基本不存在時遲問題。（6）抗沉降性好，長時間存放應(yīng)基本不分層。（7）能耗低，在較弱的磁場下可產(chǎn)生較大的剪切屈服強(qiáng)度。（8）無毒、不揮發(fā)、無異味，這是由其應(yīng)用領(lǐng)域所決定的。磁流變液應(yīng)用范圍 目前，磁流變液已經(jīng)開始應(yīng)用于研磨

28、（拋光）工藝、閥門和密封、家庭健身器、機(jī)械手的抓持機(jī)構(gòu)、裝配車間不規(guī)則形體的依托架、以及自動化儀表、機(jī)器人的傳感器和采礦、印刷等行業(yè)。 在其眾多應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中，研究最多、發(fā)展最快的應(yīng)用領(lǐng)域是汽車座位減振器、剎車器、主動驅(qū)動器以及土模機(jī)構(gòu)減振器。基于磁流變液的裝置還包括沖擊吸收器、緩沖器、阻尼器、隔振器、密封裝置、制動器、離合器、柔性機(jī)械卡具、機(jī)器人手臂、直升機(jī)旋翼、油缸運動的控制以及電源高速開關(guān)、拋光裝置和液壓閥等 這些都有很大的潛在發(fā)展前景。 磁流變彈性體是一種高分子聚合物中嵌有鐵磁性顆粒的智能材料，在外磁場的作用下固化，使顆粒在基體中形成鏈狀及柱狀有序結(jié)構(gòu)，這種有序結(jié)構(gòu)導(dǎo)致材料的力學(xué)性能特別

29、是剪切性能可控，因此可以設(shè)計出由磁場控制的變剛度器件。5. 電致伸縮及磁滯伸縮材料電致伸縮效應(yīng)：它是指當(dāng)外電場作用于電介質(zhì)上時, 所產(chǎn)生的應(yīng)變正比于電場強(qiáng)度或極化強(qiáng)度的平方的現(xiàn)象由于電致伸縮效應(yīng)引起的應(yīng)變與外加電場的方向無關(guān), 所以一般固體電介質(zhì)都能產(chǎn)生電致伸縮效應(yīng)。電致伸縮材料：于某些高介電常數(shù)的鐵電材料，當(dāng)高出居里溫度時，具有相當(dāng)大的電致伸縮效應(yīng)，其應(yīng)變數(shù)量級甚至大于壓電效應(yīng)的一類材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電致伸縮效應(yīng)顯著的材料有：鈮鎂酸鉛一欽酸鉛固溶體（PMN-PT）,鈮鎂酸鉛一欽酸鉛一鈮鋅酸鋇固溶體（PMN-PT-BNZ）,摻鋇的錯欽酸鉛(Ba2PZT),摻翻的鋯酸鉛（La2PZT）。分類：按其所

30、組成的固溶體的化合物成分構(gòu)成可分為一元系壓電陶瓷,如鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鉛(PbTiO3)和偏鈮酸鉛(Pb(NbO3)2)等;二元系壓電陶瓷,如目前使用最多的鋯鈦酸鉛(xPbZrO3-(1-x)PbTiO3或Pb(ZrxTi1-xO3),這是目前使用最為廣泛的PZT系列壓電陶瓷;三元系及多元系壓電陶瓷,通常是在具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的PZT二元系中再加入第三種或第四種化學(xué)通式為ABO3型化合物而形成三元系或多元系固溶體,以獲得所需要的寬性能調(diào)節(jié)范圍, 得到不同性能參數(shù)的壓電陶瓷,以滿足不同的市場需求。與PZT 壓電陶瓷相比,三元系或多元系壓電陶瓷的燒結(jié)性能良好,不但燒成溫度范圍寬,而且PbO 揮發(fā)也少,陶瓷的工藝重現(xiàn)性好,易獲得氣孔率少的致密陶瓷體,可獲得具有高機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能, 及在某些方面有顯著特點的壓電陶瓷。因此多元系壓電陶瓷已成為眾多研究機(jī)構(gòu)開發(fā)熱點之一。應(yīng)用：天文學(xué)，光通訊等方面電致伸縮器件。磁滯伸縮材料：具有磁滯伸縮效應(yīng)材料磁滯伸縮效應(yīng)：所謂磁致伸縮是鐵磁物質(zhì)(磁性材料）由于磁化狀態(tài)的改變，其尺寸在各方向發(fā)生變化。大家知道物質(zhì)有熱脹冷縮的現(xiàn)象。除了加熱外，磁場和電場也會導(dǎo)致物體尺寸的伸長或縮