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一种智能材料——稀土超磁致伸缩材料

科学生活的杨老师 1115

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智能材料(Intelligent material),是一种能感知环境变化,并判断和适当处理和可执行的功能材料。稀土超磁致伸缩材料就是这样一种材料,它既能在力的作用下产生磁场,又能在磁场作用下发生长度的变化从而使我们通过控制磁场让其执行动作,常常被用来制作智能结构。

稀土超磁致伸缩材料由稀土元素铽(元素符号Tb)、镝(元素符号Dy)和过渡族元素铁(元素符号Fe)等元素组成。它的主要特性是它的磁致伸缩性能。磁场会导致其伸长和缩短。因为这方面性能比之前的磁致伸缩性能强得多,是之前磁致伸缩材料的上百倍。因此被称为“超”磁致伸缩材料,也有时候叫“大”磁致伸缩材料,或者“巨”磁致伸缩材料。这个“大”或者“超”或者“巨”,英文用的词是“Giant”,意思是巨大。因含有超过一半的稀土含量,故被冠以“稀土”“ 超”磁致伸缩材料。英文GMM,是英语Giant Magnetostrictive Material的缩写。

稀土超磁致伸缩材料的工作原理示意图如图1所示。GMM棒材外部绕制线圈,通电后产生磁场,在磁场作用下棒即伸长,位移大小随电流大小变化而变化。

图1 磁致伸缩材料工作原理

如果我们给线圈供交流电,那么,稀土超磁致伸缩材料(以下简称GMM)就会有一个随电流变化的伸长和缩短,对外产生振动。如果这个交变电流是音乐信号,那材料的振动波就是一个音乐;如果这个振动信号变化频率达到超声频率,那么材料就会产生超声波。如果给GMM的电流信号是一个可控信号,那么材料伸长的位置就会受电流大小的控制,也就可以做成一个执行器,或者叫做作动器,或者叫做致动器(注意,不是制动器)。

磁致伸缩的逆效应叫做压磁效应,即在压力作用下,GMM会产生磁场。利用这个效应,可以制作压力传感器,通过测量GMM产生磁场的大小计算出它所受到压力的大小。

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