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磁流流變材料簡(jiǎn)介

閱讀:851        發(fā)布時(shí)間:2019-11-26

你如果看過(guò)電影《*Ⅱ》,一定會(huì)對(duì)影片中T-1000型液體金屬機(jī)械人留下深刻的印象。觀眾在欣賞影片《帝國(guó)》時(shí)一定會(huì)羨慕主角身上所穿的神奇的盔甲:它不像傳統(tǒng)的Kevlar頭盔或防彈背心那樣笨重、不便,在危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)它卻能像一面堅(jiān)不可摧的盾牌,抵御子彈等外來(lái)物的攻擊,也被稱(chēng)為瞬時(shí)盔甲(instant armor)。人們也許認(rèn)為這些只是科幻電影,是遙不可及的夢(mèng)想。然而在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái),電磁流變材料也許會(huì)幫助我們實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想。 

磁流變(Magnetorheological,簡(jiǎn)稱(chēng)MR)材料是一種流變性能可由磁場(chǎng)控制的新型智能材料。由于其響應(yīng)快(ms量級(jí))、可逆性好(撤去磁場(chǎng)后,又恢復(fù)初始狀態(tài))、以及通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)大小來(lái)控制材料的力學(xué)性能連續(xù)變化,因而近年來(lái)在汽車(chē)、建筑、振動(dòng)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 

作為新型智能材料的一個(gè)分支,電流變(ER)和磁流變(MR)材料具有在外部電、磁場(chǎng)作用下流變性能急劇變化的*機(jī)-電耦合特性和相關(guān)高技術(shù)特征。電(磁)流變材料包括:電(磁)流變液(ER/MR fluids)、電(磁)流變泡沫(ER/MR foams)、電(磁)流變彈性體(ER/MR Elastomer)。近幾年來(lái)電(磁)流變彈性體的研究尤為引人注目。 

電磁流變材料的歷史 

1945年Winslow發(fā)現(xiàn)電流變效應(yīng),1948年Rabinow發(fā)現(xiàn)磁流變效應(yīng)。開(kāi)始人們一度不看好磁流變液,因?yàn)榇帕髯円盒枰芏容^大的磁性顆粒,而這將導(dǎo)致顆粒沉降在液體底部,另外外加勵(lì)磁裝置對(duì)于器件的設(shè)計(jì)而言也是個(gè)難題,因而阻礙了它在工程中的應(yīng)用。但相比于電流變效應(yīng),磁流變效應(yīng)大得多,磁流變液更加吸引人。后來(lái)由于材料制備水平的限制,一直到上世紀(jì)90年代近半個(gè)世紀(jì),電磁流變材料的研究一直處于停滯狀態(tài)。進(jìn)入上世紀(jì)90年代,由于材料制備水平的突破,特別是通過(guò)加入添加劑或?qū)︻w粒進(jìn)行包裹(以降低其屈服強(qiáng)度為代價(jià)),顆粒的沉降問(wèn)題基本得到解決,上掀起了磁流變液的研究熱潮,特別是Lord公司開(kāi)始專(zhuān)業(yè)研究、制備、銷(xiāo)售磁流變液及開(kāi)發(fā)磁流變液應(yīng)用器件,標(biāo)志著磁流變液朝商品化、產(chǎn)業(yè)化方向開(kāi)始邁進(jìn)。 

磁流變材料發(fā)展至今,已發(fā)展成為包括磁流變液(MR fluids)、磁流變彈性體(MR elastomers)、磁流變泡沫(MR foams)等成員的大家族,涵蓋物理、化學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、控制等多學(xué)科領(lǐng)域。 

1987年在美國(guó)Boston召開(kāi)了屆電磁流變液會(huì)議(The 1st International Conference on ER and MR Suspensions),以后每?jī)赡昱e行一次,主要總結(jié)電磁流變液的研究成果以及出現(xiàn)的問(wèn)題,探討其發(fā)展前景,至今已經(jīng)舉辦了八屆(2001年第八屆在法國(guó)Nice舉行)。 

Lord公司在磁流變液制備方面已解決了沉降問(wèn)題,據(jù)說(shuō)現(xiàn)在每年銷(xiāo)售幾噸,近幾年已開(kāi)始出現(xiàn)贏利。 

在九十年代初中科院物理所、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等科研院所在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了電磁流變液的研究。目前國(guó)內(nèi)有許多單位從事電磁流變液的研究,多數(shù)是關(guān)于電磁流變液應(yīng)用器件的設(shè)計(jì)與研究。磁流變液阻尼器在湖南省洞庭湖大橋上的應(yīng)用表明了國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注磁流變材料在工程中的應(yīng)用。而即將在北京召開(kāi)的第九屆電磁流變液會(huì)議則標(biāo)志著中國(guó)在電磁流變材料領(lǐng)域的研究工作得到了同行的關(guān)注與認(rèn)可。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也已經(jīng)出現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)電磁流變器件的公司

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