电流体与磁流体

电流变体与磁流变体智能材料ERF（electrorheologicfluids）MRF（magetorheologicfluids）一、发展历程•19世纪末期，人们就已发现，当给一绝缘的纯液体施加一电场时，其表观粘度会增大。•1947年,Winslow在JournalofAppliedPhysics报道了他的研究成果《InducedFibrationofSuspensions》。•Winslow详细地研究了淀粉、石灰石、面粉、明胶等分散于某些绝缘油中(如轻质变压器油、矿物油、硅油等)得到的悬浮体.当施加一电场后，在两个电极板间会形成沿着电场方向的纤维桥状结构，它具有很高的强度，能使悬浮体的表观粘度增大几个数量级。•Winslow的这一工作标志着电流变学（electrorheology）的诞生，因此也经常将可逆的粘度突增效应称为Winslow效应。一、发展历程•1949年，Winslow研制成功电流变元器件，这开辟了电流变体的应用前景，但当时并没有引起学术界和工业界的重视。一直到60年代后期电流变学的研究才开始受到资助和重视。•此后，美国、英国、前苏联、日本、德国都相继有报道研制出了各种各样的电流变体器件。•80年代之后，电流变体开始引起了工业界的兴趣。•我国研究起步较晚，90年初开始有科研人员从事相关研究•值得一提的是北理工车辆学院的魏宸官教授的研究，将电流变体应用于汽车离合器，发明了液体粘性调速离合器，并著有《电流变技术-机理、材料、工程应用》一、发展历程一、发展历程一、发展历程二、特征与性质•ERF•形成条件：微米尺寸颗粒悬浮于载体中形成的一种悬浮液细小的多孔高聚物颗粒和绝缘液体介质高介电常数固体粒子分散于低介电常数绝缘液体需要稳定到维持粘胶状态•形成机理：有多种假说，尚不明确•性质：粒径d=5~10微米、高沸、低粘、高阻、高密度、稳定性、响应时间1ms内，响应场强4kV/mm，电流小仅为几毫安•缺陷：电流变体的屈服应力太低，磨耗性能达不到要求，形成电流变效应的电场强度过高，长期使用时粒子易沉降且电流变效应不稳定等。二、特征与性质•举例：《草酸氧锶钛电流变体的制备及性能》•制备：草酸氧锶钛颗粒加入到二甲基硅油中均匀混合•性能及试验：从电镜测试结果来看，草酸氧钛锶颗粒粒径主要在5—10μm之间，颗粒形貌均匀，呈较规则的球状疏松状态，没有出现大量团聚和结晶等现象，可分辨的单个颗粒主要为纳米级，易在液体中形成稳定的悬浮相。二、特征与性质•利用精密阻抗分析仪，对草酸氧钛锶颗粒的介电常数进行测试，1kHz下的介电常数为9.63•电流变体液体相一般选择硅油、二甲基硅油等，其介电常数一般为2左右，根据电流变体的作用机理，颗粒相与液体相的介电常数形成了较大差异，因此可以推断该颗粒相材料具有较好的电流变性能•粒径5~10微米•放置十二个月后未分层•场强越高形成的固体强度越高•未洗干净的氯离子可能引起漏电、发热、击穿体系•场强在4kV/mm时漏电电流0.11~0.18mA，不易击穿二、特征与性质•MRF•形成条件类似ERF，磁性微粒分散于绝缘溶剂中•性质与电流变体相比,磁流变体具有如下几方面的优点:(1)不需要外加电压,只要外加磁场就可使磁流变体发生固化,这就使磁流变体材料应用起来更安全；(2)磁流变体的液体载体选择较宽,导电液体也可作载体;(3)磁流变体的纯度要求不像电流变体那么重要,使用条件不苛刻;(4)磁流变体不存在导热和击穿现象,使用寿命长;(5)磁流变体装置简单,成本低,使用方便。二、特征与性质•举例：《Fe3O4有机复合物的磁流变性质研究》•制备：化学共沉淀法制得Fe3O4超微细粉，其平均粒径为12nm，此超微细粉与有机物进行一定程度的复合，其表面特性由亲水性变为疏水性,然后将这种Fe3O4有机复合物分散在甲基硅油里，为了使微粒更好地分散在硅油中,可加少量表面活性剂。•性能及试验：二、特征和性质将此流变体放里一个月后再进行上述观察和测定,所得结果不变,表明该磁流变体具有较好的稳定性能。三、应用•作为一种密度、强度连续可调的介质掺入各种机械结构中调节力学性能。•举例：三、应用《磁流变技术在引信安全系统中应用探讨》其中内套筒内装有磁流变液,永磁体由保险销定位,磁流变液内的磁场来源于永磁体。特点：结构紧凑、构造简单、控制容易、作用可靠。平时,由于磁流变液的流动方向与磁场方向垂直,在垂直于磁流变液流动方向上形成极化链,磁流变液呈现类似固态形式,使流体的屈服应力增加,粘性增加,阻碍了击针的运动,从而使得弹簧处于压缩状态,泄流孔被活塞堵住。此时,击针插在雷管座的盲孔内,雷管与击针和传爆药均错开一个角度。除击针将雷管座限制在隔离位置外,雷管座还受两侧的离心销的限制。三、应用•发射时,磁钢在后坐力的作用下,切断保险销后跌落,磁流变液转变为流动性良好的液态,同时,底座-钢珠座合件压缩后坐簧后坐,由于膛内初速弹丸角速度较小,离心子不能飞开,雷管座不能转动而且用于防止磁流变液泄流的活塞也不能上移。同时,击针下移,而用于支撑击针的弹簧也被压缩。在膛内时,击针仍然插在雷管座的盲孔中,引信处于安全和隔爆状态。•出炮口后,在离心力的作用下,延期解除保险机构上的活塞被甩开,打开泄流孔,在弹簧弹力及离心力的作用下,磁流变液被排出,击针上移,从而起到延期的作用,此时后坐簧处于接近全压缩的状态。在击针自雷管座的盲孔拔出之前,两个离心子已释放雷管座,雷管座转正,引信处于待发状态。ThanksYou！