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电流变体与磁流变体技术

智能材料——可控流体可控流体〔ControllableFluids〕是一类新兴智能材料，在自动化及结构控制领域具有广阔的应用前景。其中最具代表性的是电流变体(ElectrorheologicalFluids)和磁流变体(MagnetorheologicalFluids)这两种。之所以称为可控流体，是因为它们的某些特性可以随外界环境如磁场、电场的改变而改变。这种特性具有连续、可逆和易于控制的特点。普通牛顿流体流变态固体未施加磁场、电场施加磁场、电场磁场、电场强度到达某一强度磁场电场撤销强度降低

电流变体的发现电流变体〔ElectrorheologicalFluid,简称ERF〕，是上世纪出现的一种智能材料，由美国学者首次发现并获得专利。它是由高介电常数的固体微粒分散于低介电常数的液态基液后所构成的悬浮体系，其流变性能可以由外加电场控制。电流变效应当未加电场时，固体颗粒随机地分布在液态基液中，此时电流变体与普通的牛顿流体相似；而当施加电场时，颗粒会被瞬间(ms量级)极化成电偶极子，粒子间的相互作用会使固体颗粒形成链并进而形成柱状结构，从而产生屈服应力。其表观粘度可以增加几个数量级，而且这种变化是可逆的。撤除电场后，电流变体又会瞬间恢复到原来的状态。

电流变效应自然状态施加电场后，粒子沿电场方向生成粒子链粒子链结合生成粒子柱加电场继续加电场

电流变效应剪切速度剪切应力

电流变效应的产生机理双层理论〔DoubleLayerTheroy〕水胶理论〔WaterGlueTheroy〕颗粒极化理论〔ParticlePolarizationTheroy〕

电流变体的应用由于电流变体具有非常优良的性能，应用电流变体技术设计的器件具有响应快、连续可调、电控性能好、功耗低、灵敏度高、重量轻、结构简单等突出优点，因而被广泛应用于汽车工程、液压工程、航空航海、生产自动化、机器人工程、医疗器件、体育用品、国防等领域。特别是在汽车工程中，利用电流变技术可以设计出新颖的汽车转向系统、汽车的减震装置、制动装置等。与传统的机械产品相比，具有设计简化、应用简便、灵敏度高、噪声小、寿命长、本钱低、易于实现电脑控制的特点。电流变技术在汽车传动系统的重大创新将引发一场汽车技术革命。

电流变体的应用典型的电流变体器件框图

电流变体的限制虽然电流变体具有很多优越的性能，但是目前电流变体的动态剪切应力普遍在15kPa以下，这一数值与传统的机械传动或驱动系统相比还差的很远。因此电流变体技术想要进一步取代传统机械传动或驱动系统，就必须进一步提高这个参数。

磁流变体的发现磁流变体的研究是在电流变体的根底上开展起来的。1948年，美国国家标准局的JacobRabinow发现了磁流变效应，并开始研究磁流变体及其应用装置〔离合器〕。但是在过去的几十多年里，许多研究机构和企业几乎都没有对磁流变体进行深入研究，而是将注意力主要集中在电流变体的研究上。直到最近十几年研究人员才发现，磁流变体具有许多电流变体所不具备的优点：〔1〕相对低本钱、低能耗；〔2〕磁流变体具有高出一个数量级的屈服应力；〔3〕适应温度范围很宽〔-400℃~500℃〕；〔4〕流变特性不受制造及使用过程中杂质的影响。磁流变体的这些优点一出现就引起了减振设备与技术领域内专家的极大兴趣。

磁流变体的指标磁流变体应满足的指标〔1〕零磁场粘度低，以便使其在磁场作用下，具有同等剪切屈服强度增长时，具有更大的可调范围。〔2〕强磁场下剪切屈服强度高，至少应到达20～30Kpa，这是衡量磁流变液特性的主要指标之一。〔3〕杂质干扰小，以增加其使用范围。〔4〕温度使用范围宽，即在相当宽的温度范围具有极高的稳定性。〔5〕响应速度快，最好能到达毫秒级，以使磁流变液减振器作为主动和半主动控制器时，根本不存在时迟问题。〔6〕抗沉降性好，长时间存放应根本不分层。〔7〕能耗低，在较弱的磁场下可产生较大的剪切屈服强度。〔8〕无毒、不挥发、无异味，这是由其应用领域所决定的。

磁流变体的工作原理磁流变体〔MagnetorheologicalFluid,简称MRF〕一类具有磁流变效应〔MagnetorheologicalEffect，简称MRE〕的材料。磁流变体在零磁场条件下，呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场条件下，那么呈现出高粘度、低流动性的Binghan体特性，流体的屈服应力和表观粘度有2～3个数量级的变化。特别