超磁致伸缩材料的特性及其发展应用
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 field
occurrence 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[。
1.2 磁致伸缩材料的其他物理效应
磁致伸缩材料除了焦耳效应外，还有其他以下几种物理效应]3[：（1）维拉里效应，即磁致伸缩逆效应。在磁场中，给磁体施加外力作用，由于形状变化，导致磁化强度发生变化。
（2）维德曼效应。在磁性体上施加适当的磁场，当有电流通过时磁性体发生扭曲变形的现象。
（3）维德曼逆效应。当磁致伸缩材料沿轴向发生周向扭曲，同时沿轴向施加磁场时，则沿周向出现交变磁场的现象。
（4）跳跃效应。当磁致伸缩材料外加预应力时，磁致伸缩呈跳跃式变化，磁化率也发生变化。
（5）E
?效应。磁致伸缩材料由于磁化状态的改变而引起自身杨氏模量发生变化的现象。
1.3 超磁致伸缩材料特性
早期发现的磁致伸缩材料的磁致伸缩量都很小，磁致伸缩系数λ约在10~606
?之间，这种磁致伸缩材料被称为传统的磁致伸缩材料，它包括Ni、
10-
Fe-合金等。但1972年美国的Clark博士发现二元稀土铁合金Ni-合金、Al
Co
在常温下具有极大的磁致伸缩系数后，这种新型的磁致伸缩材料被称为超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material 简称GMM），由于为稀土构筑，亦称稀土超磁致伸缩材料。近几十年人们不断对超磁致伸缩材料进行研究并开发应用，其中最著名的就是美国生产的Terfenol-D型号商品，这种稀土超磁致伸缩材料的性能不仅远远要好于传统的磁致伸缩材料，而且性能比压电陶瓷材料（PZT）更优越。总的来说，超磁致伸缩材料具有以下几大特点：
（1）磁致伸缩系数λ非常大，是Fe、Ni等材料的几十倍，是压电陶瓷的3~5倍。正是这样大的伸缩系数，是使得超磁致伸缩材料发展迅速的根本原因所在。
（2）超磁致伸缩材料的能量转换效率在49%~56%之间，而压电陶瓷在23%~52%之间，传统的磁致伸缩材料仅为9%左右，所以可运用此特性制造高能量转换效率的机电产品。
以上，远比PZT要高，因此在较高的温度下工作都（3）居里温度在300C
可以保持性能的稳定。
（4）能量密度大，是Ni的400~800倍，是压电陶瓷的12~38倍，此特性适用于制造大功率器件。
（5）产生磁致伸缩效应的响应时间短，可以说磁化和产生应力的效应几乎是同时发生的，利用这一特性可以制造超高灵敏电磁感应器件。
（6）抗压强度和承载能力大，可在强压力环境下工作。
（7）工作频带宽，不仅适用于几百Hz以下的低频，而且适用于超高频。
2 超磁致伸缩材料的发展
2.1国外超磁致伸缩材料的研究发展
20世纪60年代初，Legvold等人发现稀土金属Tb和Dy在低温下磁致伸缩
TbFe、系数非常大，但是有序化温度很低。1972年，美国的A.E.Clark博士发现
2 DyFe等二元稀土铁合金在温室下有很大的磁致伸缩系数。1974年Clark又发现2
了三元稀土铁合金的饱和磁致伸缩系数达到了3
10-的数量级，远比其他材料的伸
缩系数要大，并在1976年申请了此项专利并推向实用化。
到20世纪80年代中期，开始出现了商品化的稀土超磁致伸缩材料，主要的代表为美国Edge Technologies公司生产的Terfenol-D和瑞典Feredyn AB公司生产的Magmek 86。其后日本、俄罗斯、英国和澳大利亚等也相继研究开发出TbDyFe型的GMM]4[。在GMM应用方面，主要有美国海军开发的高灵敏磁致2
伸缩应变计、日本东芝公司设计的精度达到纳米级的超磁致伸缩致动器、美国J.M.Vranish利用蠕动原理研制的步进式微型马达、瑞典公司开发的高精度燃料喷射阀、日本用Terfenol-D棒制成的微型隔膜泵等。
2.2 国内超磁致伸缩材料的研究发展
20世纪80年代中期我国有关单位和院校就开始着手研究超磁致伸缩材料，主要有北京钢铁研究总院、中科院北京物理研究所、大连理工大学、浙江大学等，并且在材料制备和应用等方面取得了一定的成果。
在材料制备方面，已有多家单位可以生产GMM，如北京有色金属研究院、甘肃天星稀土功能材料有限公司、浙江椒光稀土材料有限公司等，通过掺杂改变比例成分的方法，可制备出各种性能优异的稀土超磁致伸缩材料，其制备方法已经达到了国际领先水平。在材料应用研究方面，冶金部钢铁研究总院和中科院声学研究所研制出了国产的大功率低频声纳；甘肃天星稀土功能材料有限公司研制了智能振动实效装置设备；2002年大连理工大学贾振元、杨兴等研究出了新型微位移执行器；2005年清华大学李翠红、叶子申等利用超磁致伸缩微驱动器设计了一种蠕动机构；2008年王玉生利用GMM设计出新型平板扬声器等]5[。但与国际先进行列相比，我国在此材料应用研究方面整体还处于比较落后的位置。
3 超磁致伸缩材料的实际应用
超磁致伸缩材料由于其独特且优异的性能被广泛应用于各个行业，特别适用于军事领域，是国防战略性资源材料。通过最近几十年的发展，以GMM材料为基础的工业产品就有上千种，以下仅从几大角度对GMM的应用进行分析。
3.1 声学应用领域
（1）低频声纳探测系统
在大功率低频声纳系统方面，国际上使用较多也较为先进的水声换能器是方
环换能器]6[（如图2），是由美国的Gould 公司与Rayfhlon 公司共同研制生产出
来的。它最大的特点是在低频中仍具备大功率，因而声信号衰减小，传输距离远，
而且体积小，耐高压。在许多发达国家的海军装备中，其声纳系统都是由这种先
进的GMM 器材所构建。
（2）超声应用系统
由GMM 制成的大功率超声换能器，不仅广泛应用于破碎、焊接、医疗器械、
分离、清洗这些领域，还可使化工过程的化学反应加速、农作物大幅度增产等。
一般的大功率磁致伸缩超声换能器结构如图3所示，它的基本工作原理为：线圈
中通入交流电，产生交变驱动磁场，该磁场使超磁致伸缩棒频繁伸长、缩短，
随着伸缩棒的伸长及缩短，输出杆产生超声振动，从而传递出大功率声能]7[。
3.2力传感领域
由于稀土超磁致伸缩材料存在一个重要的物理效应—磁致伸缩逆效应，人们
就利用这一物理效应制备出了高灵敏力传感器]8[（如图4）。这种力传感器比压
电陶瓷传感器的性能更突出，具有体积轻巧、抗干扰能力强、过载能力好、工艺
简单、长寿命等优点，不仅可以用于静态力测量，还适用于动态力的测量，普遍
适合在应用在重工业、化学化工、自动化控制系统等领域。
日本的M.Sahashi 等发明的接触型扭矩传感器，其灵敏度比传统的金属电阻
薄膜扭矩应变计要高10倍]9[，日本Kyushn 大学研制的非接触型扭矩传感器，
可以测量瞬间扭。最近由我国研制的一种新型轴向扭矩传感器如图5所示，它具
有非接触检测、高灵敏度、耐用及小型化等特点，适用于电动助力转向器]10[。
3.3 磁场探测领域
利用磁致伸缩材料的正效应，可以制成各种各样的测量磁场强度的磁强计。
最早的GMM 磁强计是由美国衣阿华大学的R.Chung 等人在1991年研发出来的，
其传感器的灵敏度达到m μ71029.8-?，精度达到了m A m /101606??-μ]11[。现今
在磁场探测领域对GMM 的应用研究已经转变到了磁—光类型的传感器的研究，
图7 超磁致伸缩液位传感器 Fig.7 Giant magnetostrictive liquid
level sensors
武汉理工大学已经开发出磁场光纤传感器原形，成功地将磁—电传感类型升级为磁—光传感类型， 其性能指标动态范围为：Gs Gs 2210~10-，灵敏度为：Gs Gs 4310~10--，可用于自导武器引信等尖端领域]12[。国防科技大学的刘吉延等采用超磁致伸缩薄膜制成的光纤磁场传感器如图6所示，其采用了磁控溅射工艺，由计算机进行控制，在裸光纤表面镀制均匀的TbDyFe 超磁致伸缩薄膜]13[。新型的磁—光类型传感器比传统的磁—电类型传感器灵敏度更大，广泛适用于地质探矿、生物工程、军事制导等领域。
3.4 精密控制领域
由于GMM 具有高响应速度、磁致伸缩灵敏、输出应力大等主要特征，现今普遍用于航天定位、精密油吸、微机器人等精密控制领域]1[。可以说，到目前为止，GMM 在此领域的应用和人们对它的研究是最广泛和最为前沿的，用GMM 制备的精密控制器件包括了薄膜型执行器、纳米级致动器、微型泵、高速开关等等。以下仅简单地介绍一下国外和我国在此领域的一些研究成果以及产品的应用原理。
（1）新型液位传感器]14[
美国的MTS 公司首先将磁致伸缩原理用于液体测量技术，并开发出来了新型的油罐液体传感器，这种传感器可以实现非接触高精度地测量液体的液位和界位，而且具有多点测量多参数、寿命长等特点。而中国还处在引进国外产品的应用研究与开发阶段，但发展很快。目前我国的一些公司比如瑞安市智能仪表公司、航天智控工程公司、康宇测控仪器仪表工程公司等都推出了自己生产的新型液位传感器。
一般的GMM 液位传感器结构如图7所示，其主要由保护套管、波导管、浮子和测量头组成，工作原理为：移动的磁浮子在波导管中就会产生轴向磁场，而脉冲发生电路产生脉冲，当此脉冲沿铜丝遇到轴向磁场时就形成螺旋形磁场，由于GMM 的维德曼效应存在，波导管即产生波导扭曲，同时也产生一个应变脉冲的超声波信号，超声波即被接收转换成为电脉冲输送出去。
1.调节栓
2.外套
3.骨架
4.线圈
5.超磁致伸缩棒
6.推杆
7.端盖
8.滚珠a
9.支点 10.杠杆 11.阀芯 12.滚珠b 13.进液口 14.出液口 15.钢珠 16.弹簧 17.阀体 图9 电液高速开关阀 Fig.9 Electro-hydraulic of high-speed
switching
（2）高压薄膜泵
高压薄膜泵隶属于微型泵系列产品，主要是用来精密控制吸排油（水）量的大小。它主要特点是体积小、功率大。由英国San Technology 公司的Dariusz.A.Bushko 和James.H.Goldie 用Terfenol-D 棒制成的微型高压薄膜泵如图8所示。其在结合水力和电控装置下，可实现强力、大行程的水力驱动，体积小且容易控制。它的工作原理主要是通过线圈驱动GMM 棒发生伸缩推动隔膜运动从而实现吸排]15[。国外在微型泵的应用研究早已经转入了GMM 型微型泵领域，技术远远领先国内，而我国对微型泵的研究现阶段还只是停留在PZT 型的微型泵研究开发上。
（3）高速电磁开关阀
高速控制开关不仅是航天航空数字伺服系统的核心元件，而且在高频快速控制领域中都是重要的部件。由GMM 制作的新型电液高速开关阀，可在频率大于1KHz 的高频状态下稳定安全地工作，比PZT 高速开关阀快响应速度更快、漂移更小、输出位移更大、更耐高温。近十几年来国内外众多学者和机构对高速开关进行了大量的研究，图9则为北京航天航空大学自主研制的新型电液高速开关阀。该阀工作原理为：线圈通电时产生驱动磁场，从而使超磁致伸缩棒伸长，推动推杆，推杆顶压滚珠a ，从而推动杠杆工作，杠杆通过滚珠b 克服预压弹簧阻力而推动阀芯移动，从而使进出液口相通]16[。
（4）微位移执行器
微位移执行器是可以实现亚微米及纳米尺度高精度位置的执行与控制的器件。超磁致伸缩微位移执行器依靠自身材料的大磁致伸缩系数、高磁-机耦合效率、驱动响应快等优点，在微位移领域显示出了极其广阔的应用前景。
国内外研究超磁致伸缩执行器的机构和公司有很多，其中美国
ETREMA
1.外套
2.出水管
3.弹簧
4.输出轴
5.导向块
6.
导磁体7.超磁致伸缩棒8.水箱9.永磁体10.
导向块11.进水管12.导磁体13.螺钉14.底盖
15.传感器16.线圈17.骨架18.电阻应变片
图11 超磁致伸缩微位移执行器
Fig.11 Magnetostrictive small of displacement
actuator
图10 典型的超磁致伸缩微位移执行器
Fig.10 Classic magnetostrictive
micro-displacement actuator
Products INC 公司开发生产的超磁致伸缩执行器性能比较突出]17[。一般典型的超磁致伸缩微位移执行器结构如图10所示]18[，但这种执行器涡流比较大，温度对性能影响较大。目前由我国大连理工大学研制的新型超磁致伸缩微位移执行器如图11所示，它通过将GMM进行叠片放置的方式减少涡流损耗，而且通过冷却水来消除温度对GMM性能的影响，其拉伸强度比普通的超磁致伸缩微位移执行器更大，性能指标已经达到了国际领先的水平]18[。
3.5动力输出领域
利用GMM高能量密度这一特性，可制作大功率微型马达动力输出装置。与传统的电磁马达或压电超声波马达相比，超磁致伸缩马达的体积很小，而且输出力大、控制精度高]19[。目前所研究与应用的微型马达主要有步进式和椭圆模态驱动式马达，其中步进式马达又是由一种尺蠖式马达发展而来的。
尺蠖式马达是1988年由德国柏林大学的L.Kiesewetter教授利用超磁致伸缩材料棒作为驱动元件研制出来的，并且是世界上第一台超磁致伸缩马达。当线圈通入电流并且位置发生变化时，超磁致伸缩棒交替伸缩，像虫子一样蠕动前进，故称之为尺蠖式马达]20[（如图12）。到了20世纪90年代初，美国的J.M.Vranish 等在尺蠖式马达蠕动原理的基础上，开发出了转动式步进马达，其结构如图13所示]21[。
椭圆模态运动的GMM马达工作效率比较低下，这是由于定子运动到椭圆轨道下半部分时，作空载回程运动，因而不能推动转子运动所致。目前由杭州科技大学设计的新型超磁致伸缩马达解决了这一问题，该马达的定子由一个环和两个Terfenol-D线性驱动器构成，如图14所示。其中结构相同的GMM驱动器a和b 相隔
90，均分布于定子外圆周上。当a和b的驱动器电压相位差为
90时，定
图14 超磁致伸缩马达定子
Fig.14 Giant magnetostrictive motor stator
图13 步进马达
Fig. 13 Stepper motor
图12 尺蠖式马达 Fig.12 Canker worm-type motor 子将做半径为L 的圆周平动，最后通过定子和转子间的接触摩擦力推动转子运动]19[。
4 结束语
超磁致伸缩材料的发展虽然只有几十年的历史，但是其在航天航空、国防工业等领域的广泛应用以及器件研究，显示出了此材料的强大发展潜力。在超磁致伸缩材料应用研究方面，我国比国外发达国家还落后很远，不过却发展迅速，并取得了一定的成果。我国的稀土资源非常丰富，所以我国应该充分利用此优势进而大力发展超磁致伸缩材料的应用以及研究。由于稀土材料制备方法复杂而且成本昂贵，所以稀土材料构建的器材并未完全普及化，但是相信随着稀土掺杂等制备技术的发展，成本问题有望得到解决，并且能够在高新技术领域完全替代电致伸缩材料。而今后对该材料的应用研究，普遍要解决制冷和涡流损耗等问题，并且还要使其在生物工程、环境工程、化学化工等行业领域也有着更多的发展应用，相信其未来的应用前景将会是非常乐观。
参考文献：
[1] 王博文.超磁致伸缩材料制备与器件设计[M]. 北京：冶金工业出版社，
2003，1-133.
[2] 钟文定.铁磁学[M]. 北京：中国科学出版社，1987，21-44.
[3] 贾宇辉.超磁致伸缩微驱动技术的研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，1999，
9-16.
[4] 邬义杰.超磁致伸缩材料发展及其应用现状研究[J].机电工程，2004，21(4)：
55-58.
[5] 宣振兴，邬义杰，王惠忠，张雷.超磁致伸缩材料发展动态与工程应用研究现
状[J].轻工机械，2011,29(1)：116-119.
[6] Goran Engdahl. Handbook of Giant Magnetostrictive Materials [M]. Sa Diego:
Academic Press, 2000，77-85.
[7] 曾海泉，曾庚鑫，曾建斌等.超磁致伸缩功率超声换能器热分析[J].中国电机
工程学报，2011,31(6)：116-120.
[8] 樊长在，杨庆新，杨文荣等.超磁致伸缩力传感器的模型研究[J].传感器与微
系统，2007,26(3)：40-42.
[9] SAHSSHI M，KOBAYASHI T，DOMON T，et al. A new contact amorphous
torque sensor with wide dynamic range and quick response [J]. IEEE Transactions on Magnetics，1987，23(5):2194-2196.
[10] 文西芹，李纪明.基于磁弹性效应的电动转向轴向用新型扭矩传感器[J].仪
表技术与传感器，2011(1)：5-7.
[11] CHUNG R ，WEBER R，JILES D C. Highly magnetostrictive rare earthiron
intermetallic compound for a magnetostrictive laser diode magnetometer [J].
Joumal of Magnetism and Magnetic Materials，1992,104:1455-1456.
[12] 胡明哲，李强，李银祥，张一玲.磁致伸缩材料的特性及应用研究（Ⅱ）[J].
稀有金属材料与工程，2001,30(1)：1-4.
[13] 刘吉延，斯永敏，李智忠，刘阳，胡永明.采用超磁致伸缩薄膜的光纤磁场
传感器[J].半导体光电，2004,25(3)：238-241.
[14] 杨朝虹，杨竞，李焕，付春林.磁致伸缩液位传感器的应用和发展[J].矿
冶，2004，13(4)：83-86.
[15] BUSHKO A D,GOLDIE H J. High performance magnetostrictive actuators
[J].IEEE AES Systems Magazine，1991(11)：21-29.
[16] 肖俊东，王占林.新型超磁致伸缩电液高速开关阀及其驱动控制技术研究[J].
机床与液压，2006(1)：80-83.
[17] 王威.高稳定性超磁致伸缩微位移执行器研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大
学，2009，6-7.
[18] 王晓煜.超磁致伸缩微位移执行器的系统建模与控制方法研究[D].大连：大
连理工大学，2007，21-50.
[19] 黄敏，周建军.新型超磁致伸缩马达的结构研究[J].机电工程，2006,23(3)：
12-19.
[20] L.kiesewetter. Terfenol in linear motor. Proc. of Sec. Int. Conf. on GMA，C.
Tyren，Amter(Fr)，1988，Ch. 7：15.
[21] Vranish J M，Naik D P，Restorff J B，et al. Magnetostrictive Direct Drive Rotary
Motor Development [J]. IEEE Transactions on Magnetics，1991，27(6)：5355-5357.
Characteristics and the development of applications of giant
magnetostrictive materials
Abstract：This paper introduces the unique properties and development history of giant magnetostrictive materials. Via consulting the massive material, the paper elaborates the applications and study current situation of the giant magnetostrictive materials in many realms, and gets the outlooks of its applications possibilities in the future.
Key words：giant magnetostrictive materials; characteristics; application
超材料和变换光学
由「超材料」到「变换光学」的发展简史与基本原理 「超材料」(Metamaterial) 并不是一个定义得很清楚的术语,其中的字根"meta" 意指「超越」,相当於英文的"beyond".一般而言,此一术语意指一些特别设计的人工结构,能像均匀材料那样对电磁场(波)或声波,弹性波反应(response),但却具有天然材料所没有的反应特性[1].这些特性包括:高频人工磁性(artificial magnetism) [2], 负磁导率(negative permeability) [3], 负折射指数(negative index of refraction) [4], 以及双曲型色散关系(hyperbolic dispersion) [5,6] 等.这些有趣的特性导致一些迷人的现象,例如负折射(negative refraction) [7], 次波长成像(subwavelength imaging) [8], 电磁场增益(field enhancement) [9], 以及近场—远场转换(near-to-far field conversion) [5,6] 等.根据这些现象,在过去数年已有许多新颖的元件被设计与制作出来,并已被测试.例如超透镜(superlens) [8,10], 双曲透镜(hyperlens) [6], 工作频率在微波频段的隐形斗篷(invisibility cloak) [11], 以及电浆子波导(plasmonic waveguide) [12] 等.这些工作显示了超材料研究在微波与光波研究方面都有很好的理论与应用前景. 研究超材料的最初目的主要是为了创造一种具有很强的高频磁响应(strong magnetic response at high frequency) 特性的人工材料或结构[2].当这个目的实现后,研究人员又成功的设计并制作了能同时具有等效负磁导率与负介电常数(negative permittivity) [13] 的周期性金属结构.此种「双负」(double negative, or DNG) 材料会具有等效的负折射率[3,4],因而可以具体实现V. G. Veselago 在40 年前[7] 就预测过的「把光折
超磁致伸缩材料的应用现状
专题综述 文章编号:100320794(2006)0520725203 超磁致伸缩材料的应用现状 方紫剑,王传礼 (安徽理工大学,安徽淮南232001) 摘要:稀土超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料具有应变大、响应速度快等优点。介绍了超磁致伸缩材料(G M M)及基本特性,且较全面地论述了超磁致伸缩材料2类执行器在各领域(特别是在液压元件和微型马达)中的应用及研究现状。 关键词:超磁致伸缩材料;液压元件;微型马达 中图号:TP39文献标识码:A Applications of G iant Magnetostrictive Material FANG Zi-jian,WANG Chu an-li (Anhui University of Science and T echnology,Huainan232001,China) Abstract:The giant magnetostrictive material(G M M)has the advantages of high strain and fast response.The giant magnetostrictive material and its basic characteristics are presented.The current researches on applica2 tions of tw o kinds of G MA in various fields(particularly in the field of hydraulic com ponents and micro-m o2 tors)are com prehensively introduced. K ey w ords:giant magnetostrictive material;hydraulic com ponent;micro-m otor 1 超磁致伸缩材料(G M M)的性能特点 G M M与压电材料(PZT)和传统磁致伸缩材料Ni、C o等相比,具有独特的性能:(1)在室温下的磁致伸缩应变大,是Ni的40～50倍,是PZT的5～8倍;(2)能量密度高,是Ni的400～500倍,是PZT的10～25倍;(3)响应速度快,一般在几十毫秒以下,甚至达到微秒级;(4)输出力大,负载能力强,可达到220～800N;(5)其磁极耦合系数大,电磁能机械能的转换效率高,一般可达72%;(6)居里点温度高,工作性能稳定。此外,声速低,约是Ni的1Π3,PZT的1Π2。鉴于G M M的上述优良特性,这种材料在许多领域中已引起人们的广泛重视。 2 物理效应与应用形式 2.1 超磁致伸缩材料的物理效应 (1)Joule效应 磁性体被外加磁场磁化时,其长度发生变化的现象,可用来制作磁致伸缩转换器。 (2)Villari效应 由于形状变化,致使其磁化强度发生变化的现象,可用于制作磁致伸缩传感器。 (3)ΔE效应 随磁场变化,杨氏模量也发生变化的现象,可用于声延迟线。 (4)Viedemann效应 在磁性体上施加适当的磁场,当有电流通过时磁性体发生扭曲变形的现象,可用于制作扭转马达等。 (5)AntiViedemann效应 当磁致伸缩材料沿轴向发生周向扭曲,同时沿轴向施加磁场,则沿周向出现交变磁化的现象,可用于扭转传感器。 (6)Jum p效应 当超磁致伸缩材料外加预应力时,磁致伸缩呈跃变式变化,磁导率也发生变化。 以上效应是超磁致伸缩材料的应用研究基础,利用这些效应可做成各种器件。 2.2 超磁致伸缩材料在工程中应用的2种形式 按照是否采用基片可将超磁致伸缩执行器 (G MA,G iant Magnetostrictive Actuator)分为2类: (1)直动型 直动型超磁致伸缩执行器一般使用超磁致伸缩棒(例如T erfenol-D),当作用在其上的磁场变化时产生形变,从而推动负载运动。 (2)薄膜型 这类执行器一般是采用在非磁性基片(通常是用一些半导体材料如Si制成)的上、下表面采用闪蒸、离子束溅射、电离镀膜、直流溅射、射频磁控溅射等方法分别镀上具有正(如:TbFe)、负(如:SmFe)磁致伸缩特性的薄膜制成,当在长度方向外加磁场时,产生正磁致伸缩的上表面薄膜伸长,而产生负磁致伸缩的下表面薄膜缩短,从而带动基片发生偏转。 3 两种G MA的应用现状 基于超磁致伸缩材料的微位移执行器具有大位移、强力、响应快、可靠性高、漂移量小、驱动电压低等优点,因而在液压元件、微型马达、声纳换能器等工程领域均显示出良好的应用前景。2种形式的G M M在工程中都有广泛的应用,本文着重介绍了2种形式的G M M在液压元件和微型马达中的应用。 3.1 直动型G MA的应用现状 目前,直动型超磁致伸缩执行器较多应用于微型泵、各种阀门、微型马达、声纳等产品中。 (1)微型泵 瑞典ABB公司用T erfenol-D为驱动元件设计了微型泵;日本用T erfenol-D制成了微型隔膜泵;英国SanT echnology公司的DariuszA.Bushko和James. H.G oldie用T erfenol-D棒制成了微型高压隔膜泵,其结构如图1,结合水力和电控装置,可实现强力、大行程的水力驱动,既可线性输出又可旋转输出,体积小且易于控制,其工作原理通过线圈驱动G M M 第27卷第5期2006年 5月 煤 矿 机 械 C oal Mine Machinery V ol127N o15 M ay.2006
磁致伸缩材料的设计和应用
磁致伸缩材料的设计和 应用 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
磁致伸缩材料的设计和应用 Olabi A Grunwald (都柏林城市大学机械制造自动化学院) 摘要：磁致伸缩效应是指材料在外加磁场条件下的变形。磁畴的旋转被认为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。 本文将展示磁致伸缩效应的研究方法现状和其应用，诸如：大型作动器响应、标准Terfenol-D 作动器、基于Terfenol-D的直线马达（蜗杆驱动）、用于声纳换能器的Terfenol-D、用于无线旋转马达的Terfenol-D、基于Terfenol-D的电动液压作动器、无线型直线微型马达、磁致伸缩薄膜的应用、基于磁致伸缩效应的无接触扭矩传感器和其他应用。研究表明，磁致伸缩材料具有许多优良的特性，从而可以被用于许多先进设备。 关键词：磁致伸缩效应；作动器；传感器；Terfenol-D 1.前言 磁致伸缩效应是指材料在外加磁场条件下的变形。磁致伸缩效应于19世纪（1842年）被英国物理学家詹姆斯.焦耳发现。他观察到，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。对于两类材料来说，磁致伸缩现象的原因是相似的。小磁畴的旋转被认为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
未来十年高分子材料重点发展领域及需求分析
未来十年高分子材料重点发展领域及需求分析 《中国制造2025》围绕经济社会发展和国家安全重大需求，选择10大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。十大重点领域是：新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。 图表高分子材料十大重点发展领域 数据来源：产研智库 为指明十大重点领域的发展趋势、发展重点，引导企业的创新活动，国家制造强国建设战略咨询委员会特组织编制了《中国制造2025》重点领域技术路线图，其中提到与高分子材料直接相关的项目如下： 1、降低船体摩擦阻力涂料 重点突破新型高性能降阻涂料技术、船底空气润滑降阻技术等。 2、低温材料与防寒设备 重点开展适用于极地航行船舶的低温材料、泵、阀件等核心液压元件低温启动和密封技术研发。 3、轻量化车身 实现复合材料/混合材料技术突破，降低成本，在新能源汽车上的应用率达到30%，自主率超过50%。
4、高性能聚烯烃材料 突破高熔融指数聚丙烯、超高分子量聚乙烯、发泡聚丙烯、聚丁烯-1（PB）等工业化生产技术，实现规模应用。 5、聚氨酯树脂 重点发展环保型聚氨脂材料如水性聚氨酯材料，加快发展脂肪族异氰酸酯等原料。 6、氟硅树脂 重点发展聚偏氟乙烯、PET、其它氟树脂以及硅树脂、硅油等。 7、特种合成橡胶 重点发展异戊橡胶并配套发展异丁烯合成异戊二烯；发展硅橡胶、溶聚丁苯橡胶和稀土顺丁橡胶；发展卤化丁基、氢华丁腈等具有特殊性能的橡胶等。 8、生物基合成材料 重点突破生物基橡胶合成技术，生物基芳烃合成技术，生物基尼龙制备关键技术，新型生物基增塑剂合成及应用关键技术，生物基聚氨酯制备关键技术，生物基聚酯制备关键技术，生物法制备基础化工原料关键基础技术等。 9、生物基轻工材料 重点发展聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚对苯二甲酸二元醇酯（PET、PTT)、聚羟基烷酸（PHA)、聚酰胺（PA)等产品。PLA关键单体L-乳酸和D-乳酸的光学纯度达99.9%以上，成本下降20%；PBS关键单体生物基丁二酸、1，4-丁二醇提高生物转化率达5-10%；PTT关键单体1，3-丙二醇以木薯淀粉、甘油等非粮原料发酵生产，PTT纤维聚合纺丝实现产业化；PA关键单体戊二胺硫酸盐成品纯度高于99%，成本下降20%。 10、特种工程塑料 重点发展基于热塑性聚酰亚胺（PI）工程塑料树脂、杂萘联苯型聚醚砜酮共聚树脂（PPESK）、高端氟塑料的加工成型的特种纤维、过滤材料、耐高温功能膜、高性能树脂基复合材料、耐高温绝缘材料、耐高温功能涂料、耐高温特种胶粘剂。热塑性聚酰亚胺工程塑料树脂，粘度0.38dL/g，Tg=230-310℃，Td5%>500℃，拉伸强度>100MPa，弯曲强度>150MP，成本<15万/吨；杂萘联苯型聚醚砜酮共聚树脂，Tg=263-305℃，拉伸强度90-122MPa，拉伸模量2.4-3.8GPa，体积电阻率3.8-4.8×1016Ω·cm，成本降低到PEEK的50－70％。高端氟塑料主要性能指标：超纯氟塑料制品：PTFE固体表现密度SSG≤2.147g/cm3,PTFE树脂拉伸强度＞28MPa，伸长率＞350%，绝缘强度＞3.5KV/mil。满足SEMI标准中C12的要求；耐高低温氟材料功能膜、特种氟纤维及过滤产品：满足高端环保要求，PTFE树脂要求压缩比＞3000，拉伸强度＞28MPa，伸长率＞360%；油气及化工流体输送用泵、阀门及管
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。
H 2、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。这些材料因其具有优异的性能，给电工行业带来了新的活力，在军民两用高技术领域有着广泛的应用前景。 自从发现物质的磁致伸缩效应后，人们就一直想利用这一物理效应来制造有用的功能器件与设备。为此人们研究和发展了一系列磁致伸缩材料，主要有三大类：即：磁致伸缩的金属与合金，如镍（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）和铁氧体磁致伸缩材料，如 N i－Co和 Ni－Co－Cu铁氧体材料等。这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，后来人们发现了电致伸缩材料，如（ Pb， Zr，Ti）C03材料，（简称为 P ZT或称压电陶瓷材料），其电致伸缩系数比金属与合金的大约200~400ppm，它很快得到广泛应用；第三大类是近期发展的稀土金属间化合物磁致伸缩材料，例如以（ Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合金。 由于磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产生振动或声波，这种材料可将电磁能（或电磁信息）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），它是重要的能量与信息转换功能材料。
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用 周全祥（2009级应用物理学） 摘要：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。 关键字：超磁致伸缩材料，工作特性，制备工艺，非线性，换能器，制动器Abstract：Giant Magnetostrictive Materlal，GMM in abbreviatory，is one kind of new funetion materials and can give giant magnetostriction strains with temperature indoor and low magnetie field.It has good features such as giants trains，high force，high energy density，high mechanical-magnetic coupling coefficient，mierosecond response and so on.Magnetostrictive materials have an immeasurable applied prospect in smart devices.A considerable coupling effect among mechanical field，magnetic field，thermal field，electrical field is therefore being a relevant concern in the applications of magnetostrietive devices.Motivated by the need to promote a more efficient design process and higher performance achievement of development of materials，devices and system designs.GMM is a kind of new type of functional material，which has been used to design and fabricate many intelligent devices such as active vibration absorbers，linear motors，micro-pumps，micro-valves，and micro- positioners etc. Terfenol-D than piezoceramic material has more superior performance. Key words：giant magnetostrictive material，working chracteristic，preparation technique,nonlinear，transducer，displacement actuator
赵治亚：超材料高端装备
赵治亚：超材料高端装备 7月28日，中国电科发展战略研究中心与远望智库联合举办了“新挑战、新理念、新技术——未来战争研讨会”，来自权威机构共13名专家，对前沿科技和未来战争相关问题，进行全面深入解析，展开广泛交流和探讨。来自军方、国防工业部门以及科研院校近600人参加了会议。超材料高端装备赵治亚深圳光启高等理工研究院（在未来战争论坛上的报告） 感谢中国电科发展战略研究中心和远望智库提供这么好的 一个平台，我们大家进行思维的交流和互动。我们一直是从事于超材料的技术及装备的研究，我们想在这里从超材料，从材料的这个角度以及在国内外的应用情况和对未来战争 的影响。从这块跟大家分享一下我们的心得。概述 这块的特殊之处，因为超材料整个从概念到技术它还是一个相对来讲比较新的程度。而且它的成熟度尤其是以2006年开始为一个起点。所以从这个角度上来讲大家从美国也好，从中国也好，大家的起跑的时间是一致的。尤其是我们的几位院长，原来在美国的这个领域研发的核心团队，所以在这块我们更看重的是这个里面的发展的时间窗口。谁能更有效地把握住时间窗口，还有像上午专家所说的，更快地进行研究里面的迭代，谁就更有可能去把握先机影响到未
来的战场。图1 下面的报告想从三个方面跟大家简要地介绍一下。第一个可能大家对于超材料从原理到技术到应用可能还不是很熟悉。想对超材料进行一个电磁材料进行一个介绍。第二个主要是从国内外的超材料的发展还有超材料武器装备上面的发展 进行介绍，尤其是以国外的武器装备发展的情况为主。还有第三个也想简要地介绍一下我们对于未来装备发展，尤其是我们超材料能够在未来装备发展里面所产生的作用和影响。part 1 超材料介绍图2 图2比较好地介绍了超材料的基本的原理。根据我们的国家标准GJB 32005-2015这个标准里面的描述，超材料的定义是什么呢？就是一种特殊的复合材料或者是结构，通过对于材料的关键物理尺寸上进行有序的结构设计，来使它进行常规材料所不具备的这种超常物理性质。如果是针对电磁波的频谱，我们可以根据电磁波频谱工作的波长取这个波长的四分之一到二十分之一波长这 样的一个尺寸。比如在厘米级和毫米级的这样的一个尺寸我们对它进行人工的拓扑结构和排布方式进行一个设计，可以看到比如说类似于这样的二维的柔性的超材料，和三维的这种超材料的设计，从而达到一个传统的介质材料所不能达到的，对于电磁波的调控的影响。所以它的整个的超材料的核心就是针对于我所要工作的这个波长进行有序的结 构和排布设计，从而达到我们可以人工定制化地去调制电磁
超磁致伸缩材料及其应用
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。相对于电致伸缩材料和压电陶瓷，磁致伸缩材料的优势
电致、磁致伸缩材料功能及应用
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。一般铁电陶瓷的电场与应变曲线呈蝴蝶形而不表现出电致伸缩效应的二次方曲线。如图1所示。 但是，只要有这样一些铁电陶瓷室温刚好高于它的居里点，不具有自发极化、没有压电性，介电常数又很高在外电场作用下能被强烈地感应极化伴随产生相当大的形变，就有可能表现出纯的大电致伸缩效应呈现出抛物线形的电场—应变曲线。
超材料技术发展
[转载]西苑沙龙第一次会议——超材料技术发展战略研讨会召开 2013年5月8日，第一次西苑沙龙会议在北京西苑饭店召开。此次会议的主题为“超材料技术发展战略”。超材料是新材料技术发展的热点方向，备受科技界和产业界的关注。来自863计划新材料技术领域主题专家、科技界和工业部门等的14位专家参加了会议。 会议邀请了863计划新材料领域新型功能与智能材料专家组召集人周少雄教授，做了题为“超材料技术发展战略思考”的主题报告，并邀请深圳光启研究院刘若鹏院长等4位专家就工业级超材料技术的创建与发展、超材料在微波光波等领域应用、超材料与自然材料的融合等方面问题做了专题报告。与会专家就超材料概念、应用前景、面临的挑战、技术路线、发展重点等展开了热烈的讨论和争论，各抒己见，并就我国超材料技术发展战略与对策提出宝贵的意见和建议。 附： “西苑沙龙”是科技部高技术研究发展中心为了推动国家科技计划相关领域发展战略研究，举办的以西苑饭店为场地的系列科技发展战略和学术研讨沙龙活动。沙龙重点围绕高技术、基础研究及其学科交叉领域的发展前沿与趋势、重大应用和产业发展需求方面的重大问题，探讨科技前沿、讨论最新突破性进展，展望未来发展趋势。沙龙鼓励与会者本着“客观、求实，融合、创新”的原则，以客观求实的态度，发表自己的学术观点；鼓励和引导多学科交叉融合，激励创新思想。 德国研制出“隐热”衣让热“弯曲”传导 利用特殊的超介质材料让光线、声音绕过物体传播，能达到隐形、隐身的效果。据物理学家组织网5月9日（北京时间）报道，最近，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）研究人员成功演示了超材料同样也能影响热的传导。他们的“隐热”衣能让热力“弯曲”似的、绕过中央的隐藏区而传导。相关论文发表在最近的《物理评论快报》上。 这种“隐热”衣是用铜和硅制造的一个盘子，盘子虽能导热但其中心的圆形区域却不会受热力影响。“这两种材料必须排列得十分巧妙。”论文第一作者、KIT的罗伯特·斯奇特尼解释说，铜是热的良导体，而所用的硅材料叫做PDMS，是一种不良导体。“我们给一个薄铜盘制作了多重环形花纹的硅结构，使它能从多个方向，以不同的速度来传导热量，这样绕过一个隐藏目标所需的时间就能互相弥补。” 如果给一个简单的金属盘的左边加热，热量会一致地向右传导，盘子的温度从左到右会呈下降趋势。如果用这种铜硅超介质材料来做这个实验，也会表现出类似现象，但却只在盘子外圈呈现温度从左到右的下降，没有热量能穿透到内部，在内圈没有任何被加热的迹象。
关于成立xx年产超材料公司可行性分析报告
关于成立xx年产超材料公司可行性分析报告 xxx科技发展公司
摘要 超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料，是21世纪以来出现的一类新材料，具备天然材料所不具备的特殊性质。其在声学、电学、磁学或光学等方面的材料特性是由基体和基体中的微结构共同决定的，而且微结构在其中起到了决定性的作用。超常的物理特性使得超材料的应用前景十分广泛，其应用范围覆盖了工业、军事、生活等各个方面。例如，电磁超材料可以用于隐身衣、电磁黑洞、慢波结构等元器件的制作，适用于吸波材料、智能蒙皮、雷达天线、通信天线，对未来的雷达、通信、光电子/微电子、先进制造产业以及隐身、探测、核磁、强磁场、太阳能及微波能利用等技术将产生深远的影响。 xx超材料公司由xxx科技发展公司（以下简称“A公司”）与xxx 有限责任公司（以下简称“B公司”）共同出资成立，其中：A公司出资540.0万元，占公司股份64%；B公司出资300.0万元，占公司股份36%。 xx超材料公司以超材料产业为核心，依托A公司的渠道资源和B 公司的行业经验，xx超材料公司将快速形成行业竞争力，通过3-5年的发展，成为区域内行业龙头，带动并促进全行业的发展。
xx超材料公司计划总投资4478.48万元，其中：固定资产投资3083.00万元，占总投资的68.84%；流动资金1395.48万元，占总投资的31.16%。 根据规划，xx超材料公司正常经营年份可实现营业收入9960.00万元，总成本费用7477.66万元，税金及附加85.70万元，利润总额2482.34万元，利税总额2910.43万元，税后净利润1861.76万元，纳税总额1048.68万元，投资利润率55.43%，投资利税率64.99%，投资回报率41.57%，全部投资回收期3.91年，提供就业职位183个。 项目建设要符合国家“综合利用”的原则。项目承办单位要充分利用国家对项目产品生产提供的各种有利条件，综合利用企业技术资源，充分发挥当地社会经济发展优势、人力资源优势，区位发展优势以及配套辅助设施等有利条件，尽量降低项目建设成本，达到节省投资、缩短工期的目的。
磁致伸缩材料在功能材料中的应用
磁致伸缩材料在功能材料中的应用 摘要：磁致伸缩材料是一种重要的功能材料，当改变外磁场时磁致伸缩材料的长度及体积均会发生变化，反之当材料发生变形或受力时材料内部的磁场也会随之发生变化。它具有电磁能和机械能相互转换的功能，是声呐换能器的重要材料，在大桥桥梁减震、油井探测、海洋探测与开发、高精度数字机床、微位移传感器、高保真音响等方面有着广泛的用途。 关键字：磁致伸缩材料，功能材料 1.特性 磁致伸缩材料(图1)的重要特点是具有磁致伸缩效应——即磁体在外磁场中被磁化时，其长度及体积均发生变化的现象[1]，它由焦尔发现，所以又称焦尔效应。稍后，维拉里又发现了磁致伸缩的逆效应，即铁磁体在发生变形或受到应力的作用时会引起材料磁场发生变化的现象，这种现象也称为铁磁体的压磁现象。磁致伸缩效应可分为线磁致伸缩和体积磁致伸缩，其中长度的变化称为线性磁致伸缩，体积的变化称为体积磁致伸缩。在绝大部分磁性体中，体积磁致伸缩很小，实际的用途也很少，因此大量的研究工作和磁致伸缩材料的应用主要集中在线磁致伸缩领域，因而通常讨论的磁致伸缩是指线磁致伸缩。使用材料长度的变化量与原长度的比值λ，也就是磁致伸缩系数来表示磁致伸缩量的大小，它的单位是ppm(10-6)，即百万分之一，伸缩范围通常为几十到几千ppm。磁致伸缩量虽然用肉眼无法观察到，但却在换能器和传感器上有着强大的用途。图2是磁致伸缩示意图。 图1 磁致伸缩材料 图2 磁致伸缩示意图 2.分类 自从发现物质的磁致伸缩效应后，人们就一直想利用这一物理效应来制造有用的功能器件与设备。为此人们研究和发展了一系列磁致伸缩材料，主要有三大类：(1)传统磁致伸缩材料，包括磁致伸缩的镍基合金、铁基合金和铁氧体，其磁致伸缩系数λ值较小，使得它们没有得到推广应用；(2)20世纪末发展的以Tb-Dy-Fe和SmFe材料为代表的稀土金属间化合物超磁
超磁致伸缩材料项目投资分析计划书
超磁致伸缩材料项目投资分析计划书 规划设计 / 投资分析
摘要说明— 超导体是一种抗磁体，低于临界温度时，超导体排斥任何试图施加于它的磁场，当某种材料在低于某一温度时，出现电阻为零的现象即超导现象。在超导材料中添加稀土可以使超导现象更加容易实现。 当某种材料在低于某一温度时，出现电阻为零的现象即超导现象，该温度即是临界温度（Tc）。超导体是一种抗磁体，低于临界温度时，超导体排斥任何试图施加于它的磁场，这就是所谓的迈斯纳效应。在超导材料中添加稀土可以使临界温度Tc大大提高，一般可达70～90K，从而使超导材料在价廉易得的液氮中使用，这就大大地推动了超导材料的研制和应用的发展。 超导现象是1911年由一位荷兰物理学家首先发现的，当水银温度降低到43K时，水银便失去了电阻。随后超导体的研究开发一直在进行，到1973年，科学家们制得一种铌锗合金，其临界温度是23.3K。1986年发现一些新的超导体，超导研究也因此取得了突破性进展，当时发现一种镧钡铜氧陶瓷，其临界温度为35K。1987年2月又发现YBa2Cu3O7-x高温超导体的临界温度达90K以上，大大超过了氮的沸点（77K）。新型稀土高温材料可以在液氮温度下工作。 人们预测，到本世纪末高温超导体将是稀土非常大的潜在市场。稀土超导体可用于采矿、电子工业、医疗设备、悬浮列车及能源等许多领域。80年代中期发现高温超导材料曾在世界范围掀起研究热潮。进入90年代，
随着人们对高温超导材料认识的逐步加深，研究工作进入提高阶段，虽然从事超导研究的人员和发表的文章的数量减了下来，但各国对超导研究的投入并未减少。在这一背景下，我国超导研究也经历了适当缩小规模、突出重点和更加明确加强应用的变化过程。自在Y-Ba-Cu-O超导体研究方面取得重大突破以来，超导研究正在向实用化方向发展。总之，稀土在超导材料中的应用将越来越广泛，发展前途十分广阔。 该超磁致伸缩材料项目计划总投资19320.02万元，其中：固定资产投资14193.36万元，占项目总投资的73.46%；流动资金5126.66万元，占项目总投资的26.54%。 达产年营业收入49287.00万元，总成本费用37707.71万元，税金及附加410.19万元，利润总额11579.29万元，利税总额13586.62万元，税后净利润8684.47万元，达产年纳税总额4902.15万元；达产年投资利润率59.93%，投资利税率70.32%，投资回报率44.95%，全部投资回收期 3.72年，提供就业职位967个。 本报告所描述的投资预算及财务收益预评估均以《建设项目经济评价方法与参数（第三版）》为标准进行测算形成，是基于一个动态的环境和对未来预测的不确定性，因此，可能会因时间或其他因素的变化而导致与未来发生的事实不完全一致，所以，相关的预测将会随之而有所调整，敬请接受本报告的各方关注以项目承办单位名义就同一主题所出具的相关后
超磁致伸缩材料研究现状
超磁致伸缩材料研究现状 超磁致伸缩材料Terfenol-D是本文研究中应用的重要材料，有必要介绍一下，尤其关于材料在本文研究中的本构关系。 1.1 超磁致伸缩材料介绍 超磁致伸缩材料是基于铁磁材料在磁场下产生磁致伸缩的一种性能十分优异的智能材料，他的独特性主要来源于显著的的伸长率（100-1000倍）和高能量密度（10-50倍）。第一次由 A.E.Clarck等人在常温下研制出超磁致伸缩材料Td x Dy1-ХFe2[41,42,43]（也被成为Terfenol-D），最初阶段材料在磁力学特性上重复率低、造价高、不清楚的操作条件限制了其在实际设备上的应用发展,随着制造技术的发展以及大量学者的广泛研究[44]，其优越的性能越来越显著，广泛应用于各类作动器、传感器、换能器[45,46]。 表2-1 Terfenol-D、Ni、PZT性能比较 性能参数Terfenol-D Ni PZT 饱和磁致伸缩系数10-61500～2000 -40～-35 100～600 机电耦合因数0.7～0.75 0.16～0.3 0.45～0.72 能量密度（KJ/m3）14～25 0.03 0.65～1.0 能量转换效率﹪49～56 9 23～52 响应时间10-6s ＜1.0 10 密度（kg/m3）9250 8900 7490 声速（m/s）1640～1940 4950 3130 相对磁导率3～10 60 居里温度/℃380～387 ＞500 130～400 应力输出（Mpa）30 1 15 为了比较，在表2-1[44,47,48,49]列举了超磁致伸缩材料的基本物理性质和压电材料PZT及镍的性质。很容易可以看出，与PZT相比超磁致伸缩材料展现出10倍到20倍的位移，15倍到25倍的能量密度，10倍以上的响应时间。如今，超磁致伸缩材料具体的优势有：高磁弹性、磁针伸缩量大、通过控制成分可选择的正负磁致伸缩、居里温度高、对于疲劳失效有非常低的磁化系数、通过磁场的非接触驱动、低电压驱动、高能量密度、较小磁滞、快速响应、可控的温度特性、频率特性好、磁机转换效率高、输出应力大[44,47,50,51,52]。当然超磁致伸缩材料也有他的劣势，比如：磁场驱动的必要性、由线圈产生焦耳热、高频涡流损耗、耐腐蚀性差、价格昂贵[12,44,53]。
超磁致伸缩材料及其应用研究_李松涛
超磁致伸缩材料及其应用研究 ＊ 李松涛 孟凡斌 刘何燕 陈贵峰 沈 俊 李养贤 (河北工业大学材料科学与工程学院 天津 300130) 摘 要 稀土超磁致伸缩材料是一种新型稀土功能材料.文章概述了超磁致伸缩材料(GMM )的研究历史;对比了一种实用的超磁致伸缩材料(Terfenol -D )和压电陶瓷材料(PZT )的性能;阐述了超磁致伸缩材料当前在以下两个方面取得的研究进展:(1)关于工艺方法的研究:包括直拉法、区熔法、布里奇曼法和粉末烧结、粘结等方法;(2)关于材料组分的研究:包括对Fe 原子的替代研究以及开发轻稀土超磁致伸缩材料的研究.文章最后叙述了超磁致伸缩材料的应用领域,以及发展我国稀土超磁致伸缩材料的意义.关键词 超磁致伸缩,稀土金属间化合物 Giant magnetostrictive materials and their application LI Song -Tao MENG Fan -Bin LI U He -Yan CHEN Gui -Feng SHEN Jun LI Yang -Xian (Scho o l o f M ate rial Sci enc e &Engi nee rin g ,He bei Uni ver sit y of Tech no lo gy ,Tian jin 300130,C hin a ) Abstract Rar e -earth giant magnetostrictive materials (GMM )are a type of ne w functional mater ials .A br ief de -scription is given of the histor y of giant magnetostrictive materials ;and their char acteristics are compared with those of piezoelectr ic mater ials .Curr ent research developments are descr ibed ,in particular :(1)fabrication technology ,in -cludingthe Czochraski ,FSZ ,Bridgman ,po wder -sintering and powder -bonding methods ;(2)c omposition studies of GMM ,including the substitution for Fe in RFe 2and exploitation of light rare -earth GMM .Applications and the impor -tance of GMM researc h in China are r eviewed . Key words giant magnetostr iction ,rar e -earth -transition inter metallics ＊ 国家自然科学基金(批准号:50271023)和教育部科学重点 (批准号:02017)资助项目 2004-03-23收到初稿,2004-06-07修回 通讯联系人.E -mail :ad mat @js mail .h eb ut .edu .cn 1 磁致伸缩效应简介 1842年,焦耳(Joule )发现沿轴向磁化的铁棒,长度会发生变化,这种现象称为磁致伸缩效应,又称为焦耳效应[1],从广义讲包括顺磁体、抗磁体、铁磁体以及亚铁磁体在内的所有磁性材料都具有磁致伸缩性质.但是顺磁体、抗磁体材料的磁致伸缩值很小,实际应用价值不大;而对于部分铁磁性及亚铁磁性材料,磁致伸缩值较大,数量级可以达到103ppm ,具有很高的实用价值,引起研究人员的重视. 磁致伸缩材料的应用主要涉及到以下几种效应: (1)磁致伸缩效应(焦耳效应):材料在磁化状态改变时,自身尺寸发生相应变化的一种现象.磁致伸缩有线磁致伸缩(长度变化)和体磁致伸缩 (体积变化)之分,其中线磁致伸缩效应明显,用途广,故一般提到的磁致伸缩都是指线磁致伸缩. (2)磁致伸缩的逆效应(Villari 效应):对铁磁体材料施加压力或张力(拉力),材料在长度发生变化的同时,内部的磁化状态也随之改变的现象.(3)威德曼效应(Wiedemann )效应:在被磁化了的铁磁体棒材中通电流时,棒材沿轴向发生扭曲的现象. (4)威德曼效应的逆效应(Matteucci 效应):将铁磁体棒材绕轴扭转,并沿棒材的轴向施加交变磁场时,沿棒材的圆周方向会产生交变磁场的现象.