第八章 智能材料05.pptVIP

　　②当在瓷片上加一个与极化方向平行的外力时，在应力的作用下瓷片发生形变，即极化方向c轴被压缩，使Ti4+位移变小，片内极化强度变小，因而释放出部分原来被吸附的表面电荷，这就是被压缩后出现的压电效应(正压电)。其过程示意所示： Ti 电场处理后的陶瓷片 外力的作用 陶瓷的正压电效应示意图 　　当压力撤去后，陶瓷片恢复原状(膨胀过程)，这时c轴变长，Ti4+位移增大，陶瓷片内极化强度也变大，因此，电极上又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。 形状记忆合金的具体应用 工业应用： 　　（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。 　　（2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。 　　（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。 　　但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。 　　（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。 医学应用： 　　TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。 　　如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。 人工关节 人造牙齿 脊柱修复支架 人造血管 心脏起搏器 人工心脏瓣膜 高科技应用展望： 　　20世纪是机电学的时代。传感--集成电路--驱动是最典型的机械电子控制系统，但复杂而庞大。 　　形状记忆材料兼有传感和驱动的双重功能，可以实现控制系统的微型化和智能化，如全息机器人、毫米级超微型机械手等。 　　21世纪将成为材料电子学的时代。形状记忆合金的机器人的动作，除了温度外，不受任何环境条件的影响，可望在反应堆、加速器、太空实验室等高技术领域大显身手。 2、电流变体和磁流变体 　　电致、磁致变体智能材料大多是由合成材料或陶瓷材料制成的，具有在电场或磁场的作用下发生变性的能力，其变化的大小与电场和磁场的强度有关。 　　科学家研制成功一种电致变性材料，这种材料在接通电流时，可以从液体变为接近固体。 　　如果向空心复合梁中充入电流变性液体材料，在外电场的作用下，这种液体材料就会变硬，从而使梁变成僵硬状。 　　将电致变性现象与传感器结合起来，就可以实现使复合梁随着负载的变化而改变其性质。这将是装配结构智能化的一个突破性的新起点。 　　电致变性材料还可以用作在地震时能自动加固建筑物的基础。 　　此外，磁致变性材料在机电工业中也有广泛的用途。 3、磁致伸缩材料 　　目前磁致伸缩智能材料的主流是稀土磁致伸缩材料，稀土超磁致伸缩材料是近期才发展起来的一种新型功能材料。 　　磁致伸缩材料在电磁场的作用下可以产生微变形或声能，也可以将微变形或声能转化为电磁能。 　　磁致伸缩智能材料具有磁致伸缩值大、机械响应速度快和功率密度高特点，在国防、航空航天和高技术领域应用极为广泛。 磁致伸缩智能材料的主要用途 　　（1）由于稀土超大磁致伸缩材料比传统材料在性能上有了惊人的提高，所以在电器、家电、通讯器材、电脑等生产领域，稀土磁致伸缩材料逐渐取代了传统的磁致伸缩材料和电致伸缩材料，使产品升级和更新换代更加容易。 　　（2）由于稀土超大磁致伸缩材料的独特的性能，可被用于开发新一代的元器件，如精密控制系统（如油料控制、导弹发射控制装置等），声光发射系统（如信号处理、声纳扫描、超声、水声等），以及换能器、驱动器等的开发。 　　对于磁致伸缩智能材料的应用，目前，美国位居各国之首，其成功标志在于开发出了一系列用于军事目的的尖端产品，如舰艇水下声纳探测系统以及导弹发射控制装置等。 　　我国对磁致伸缩智能材料新产品的开发也呈现出良好的发展势头。 　　如开发出的大功率岩体声波探测器，应用于三峡工程和地球物理勘探；开发出的井下物理法采油装置； 4、压电陶瓷 ⑴ 压电效应 ⑵ 陶瓷的压电机理 ⑶ 压电陶瓷材料的组成与种类 ⑴ 压电效应 　　在某些晶体材料上施加机械力时，晶体表面会产生电荷，这种现象称正压电效应。在一定范围内，电荷密度与作用力成正比。 　　相反，在晶体上施加电场时，晶体会产生几何变形，称逆压电效应。 　　晶体的对称性决定了材料能否产生压电性。 　　显然，压电效应只存在于没有对称中心的晶体中。 压电效应的本质 　　机械作用(应力与应变)引起了晶体的极化，从而导致介质两端表面出现相反的束缚电荷。 (2) BaTiO3陶瓷的压电机理 　　BaTiO3晶体中，氧形成八面体，Ti位于氧八面体的中心，Ca处于八个八面体的间隙。 Ba O Ti 　　①陶瓷由许多排列无序的小晶粒构成，具有各向同性，不显示压电性。 　　经电场处理后，陶瓷存在剩余极化强度，它是以束缚电荷的形式表现出来，且由各向同性变成各向异性，从而具有压电性。