铁电-反铁电相界附近的PSZT系列陶瓷的电致伸缩效应

本工作研究了PbTiO_3-PbZrO_3-PbSnO_3三元系(简称PSZT)陶瓷系列在铁电-反铁电相界附近16种成份的电致伸缩效应.测量了各种成份样品的横向电致伸缩系数Q_(12)和一些样品的流体静压电致伸缩系数Q_h 以及纵向电致伸缩系数Q_(11).实验结果表明,靠近相界的铁电相材料有较大的Q_(12)值且随Sn 的含量增加而增大,而靠近相界的反铁电相材料的Q_(12)则非常小.由本系列材料测出的最大的电致伸缩系数Q_(11)=2.16×10~(-2)m~4/C~2,Q_(12)=-0.58×10~(-2)m~4/C~2.在本实验的各成份中,并没有发现“弥散型”相转变的特征.     

柔性电致伸缩聚合物薄膜结构的稳定性分析

研究了外加电场作用下柔性电致伸缩聚合物薄膜的整体收缩、表面局部屈曲与整体失稳3种变形模式.在外加电场作用下,静电力(即Maxwell应力)成为薄膜变形的主要驱动力.通过力平衡和小扰度摄动法,获得电致伸缩聚合物薄膜发生表面局部屈曲和整体失稳变形模式的转换条件;通过数值算例对这2种变形模式与电场强度、薄膜尺寸、泊松比、介电常数和电致伸缩系数等之间的相关性进行讨论.分析结果显示,通过调节外加电场强度和材料参数,能够调控电致伸缩聚合物薄膜的变形模式.     

聚氨酯弹性体电致伸缩特性

为了提高材料的电致伸缩特性,通过原位共聚合法在聚氨酯弹性体(PUE)中掺入了不同质量比例的纳米钛酸钡.采用LCR测试仪、邵氏硬度计和电容法电致伸缩特性测试装置研究了纳米钛酸钡掺杂对PUE的影响.试验结果表明:随着掺杂比例的提高,PUE的介电系数和硬度增加,回复速度变差;较低的掺杂能提高PUE的电致伸缩应变,过高的掺杂导致PUE电致伸缩特性下降,掺杂6%钛酸钡的PUE表现出最佳电致伸缩应变.进一步对PUE电致伸缩特性因素进行了理论分析并提出了电致伸缩弹性体电荷迁移逾渗模型,其很好地解释了电致伸缩材料弯曲、临界电场反转膨胀、高掺杂回弹等现象.     

新型功能材料驱动的高性能电液伺服阀

与传统伺服阀相比,以新型功能材料为电-机械转换器的电液伺服阀,具有高频响、高精度和易于微型化等优点。介绍了几种基于新型功能材料(超磁致伸缩材料GMM、电致伸缩材料PMN和形状记忆合金SMA等)的电液伺服阀的结构组成和工作原理,并对它们的各自特点进行了对比分析。最后对新型功能材料,特别是超磁致伸缩材料GMM,在高性能电液伺服阀的应用现状进行了展望。     

电致伸缩材料非线性力学计算中的几个问题

由于电致伸缩材料本构方程的非线性特性,该材料在力学理论计算、材料参数测试中会出现一定的困难.同时,电场体积力在计算与实验中也应纳入考虑范围.文章给出了一种合适的电致伸缩材料的本构方程,并指出电场体积力的表达式取为Maxwell应力较为合适.利用一种简单模型,给出了0阶近似下的2种处理方式(考虑电场体积力与否)的近似解以及一般处理方式下的解析解.利用推导结果得到了这3种不同处理方式下的位移、应力场数值算例.结果表明,应根据不同条件,在具体计算中合理地处理电场非线性效应以及电场体积力才能得到符合实际情况的结果.     

电致伸缩材料力学问题的位移函数解法

在Knops、Smith和Warren等人在电致伸缩问题研究的基础上,将Stratton、Landau和Lifshitz导出的电致伸缩体积力引入电致伸缩力学问题中,得出了合理的电致伸缩基本方程．并通过构造特解势函数,建立了电致伸缩力学问题的位移解法．利用变形条件、本构方程平衡方程导出了位移特势函数解所满足的Laplace方程．相应的补充解简化成一般纯弹性边界值问题,利用传统解法可以很容易求解．电致伸缩材料位移函数解法不但对各向同性材料适用,而且可以应用到各向异性材料的求解之中．最后通过算例验证了解法的正确性．     

超磁致伸缩执行器温控系统的设计与实现

为了实现超磁致伸缩执行器(GMA)精密的位移控制,需要采取一定温控设施保证超磁致伸缩材料(GMM)工作在特定温度情况下;针对超磁致伸缩材料对温度的敏感性,在GMM智能构件的基础上提出了一种改进的强制水冷温度控制策略;利用单片机控制系统实现了对超磁致伸缩执行器的温度控制,实验结果表明了该控制策略可以保证GMA工作在恒温,验证了策略的有效性;对超磁致伸缩材料微驱动应用具有实际的工程意义。     

锆钛酸铅掺镧陶瓷的电诱超弹特性研究

本文研究了热压烧结和普通烧结的锆钛酸铅掺镧(PLZT)陶瓷的电致伸缩效应。用电阻应变计和改进的Sawyer—Tower电路同时测量了强电场下的电诱应变和极化强度。对x/70/30的多种组份研究表明:所有这些组份的基态是宏观非极化的,电致伸缩效应支配了电诱应变。组份为(7.6～8.0)/70/30的热压烧结PLZT陶瓷呈现出双电滞回线及电诱超弹现象。并且发现了电致伸缩系数随温度的增加在出现ON/OFF型弹滞回线的温区内急剧增大的新现象。     

PMN基电致伸缩材料

试验以PMN基弛豫铁电体为基础,通过掺杂和优化工艺,研制出性能优异的电致伸缩材料(1-y)［(1-x)PMN-xPT］-yWO     

磁致伸缩/压阻块状复合材料的磁阻性能研究

为了研究磁致伸缩/压阻块状复合材料的磁阻性能,采用Terfenol-D磁致伸缩材料和单晶硅压阻材料层状复合,制备了复合磁阻材料.使用霍尔测试系统在不同磁场下测试了因磁致伸缩材料形变而产生的应变传递给压阻材料、引起压阻材料体电阻率的变化.此外,为了测得更灵敏的体电阻率变化,在单晶硅片上溅射一层200 nm的钽薄膜,测试了因硅片的应变传递给钽薄膜时薄膜的电阻率变化.结果表明:1)采用Terfenol-D/单晶硅层状复合制备出的磁阻复合材料在0~0.40 T磁场变化时,电阻率变化为0.13%;2)采用Terfenol-D/单晶硅/钽薄膜层状复合制备出的磁阻复合材料在0~0.01 T磁场变化时,电阻率变化达到0.03%.结论:将磁致伸缩材料和压阻块材料复合在一起能成功制备出一种高性能的磁阻材料.     

弛豫铁电多晶体的强场特性

本文介绍了弛豫铁电多晶体的研究、发展及其电致伸缩性质。论文中比较了三种典型铁电弛豫体:PMN—PT、PLZT和掺杂BT多晶材料的强电场特性。实验发现,当温度偏离T_(av)时,PLZT多晶体出现越来越强的电滞后现象,导致其微位移器件的回零复原温度特性变坏。用电学方法,在碱土金属离子B位掺杂的BT多晶体中可以观察到超顺电相的所谓微畴——宏观畴的场诱相变过程。作者指出,化学缺陷控制原理可用于调节电致伸缩材料的强场特性,控制器件的复原特性。     

超磁致伸缩材料的特性参数测量

超磁致伸缩材料（GMM）是一种新型的功能材料,其磁致伸缩系数与磁场强度、温度、压力等有关。以超磁致伸缩高速响应电磁阀的研究为背景,介绍超磁致伸缩材料特性参数的测量方法,及适用于超磁致伸缩材料特性参数测量的测试装置。     

超磁致伸缩材料的特性参数测量

超磁致伸缩材料（GMM）是一种新型的功能材料,其磁致伸缩系数与磁场强度、温度、压力等有关。以超磁致伸缩高速响应电磁阀的研究为背景,介绍超磁致伸缩材料特性参数的测量方法,及适用于超磁致伸缩材料特性参数测量的测试装置。     

电致伸缩材料非线性力学计算中的几个问题

由于电致伸缩材料本构方程的非线性特性,该材料在力学理论计算、材料参数测试中会出现一定的困难.同时,电场体积力在计算与实验中也应纳入考虑范围.文章给出了一种合适的电致伸缩材料的本构方程,并指出电场体积力的表达式取为Maxwell应力较为合适.利用一种简单模型,给出了0阶近似下的2种处理方式（考虑电场体积力与否）的近似解以及一般处理方式下的解析解.利用推导结果得到了这3种不同处理方式下的位移、应力场数值算例.结果表明,应根据不同条件,在具体计算中合理地处理电场非线性效应以及电场体积力才能得到符合实际情况的结果.     

阀用电-机械转换器的应用研究

介绍了传统和新型两类电-机械转换器的作用、原理及特点,并对其性能进行了分析比较;着重阐述了超磁致伸缩电-机转换器(GIANT MAGNETOSTRICTIVE ACTUATOT,GMA),压电 PZT／电致PMN伸缩型电-机转换器,形状记忆合金(SHAPE MEMORY ALLOY,SMA)在流体控制元件中的应用现状。分析结果表明:超磁致伸缩型和电致PMN伸缩型电-机转换器具有应变大,结构简单,响应快和精度高等优点,它的出现为微流体元件的驱动提供了更新更有效的方法,具有良好的应用前景。     

轻稀土Pr基立方Laves相超磁致伸缩材料的超高压合成及其磁弹性能研究

通过超高压退火方法,成功获得了轻稀土Pr基立方Laves相Pr(Fe_1-xGa_x)_2.35(x=0,0.06,0.12,0.17)超磁致伸缩合金材料,系统研究了其微结构、磁性转变以及磁致伸缩性能。实验结果表明,高压退火是合成轻稀土Pr基立方Laves磁致伸缩相结构的有效手段;适度的Fe过量可以在磁致伸缩相中引入软磁α-Fe相。热重分析表明随着Ga含量的增加,Pr(Fe_1-xGa_x)_2.35合金的居里温度呈现单调降低趋势。微量Ga掺杂(x=0.06)和α-Fe相的引入可以有效改善样品的软磁性能,使轻稀土Pr基立方Laves相合金在保持较大磁致伸缩响应的前提下,降低其磁弹响应滞后。本工作可为价格便宜、磁弹相应优异的轻稀土Pr基超磁致伸缩材料的开发提供实验和理论指导。     

智能材料和“智能”材料

论述了智能材料是２１世纪材料发展的趋势和智能材料应用有的面貌，列举了今天智能结构中最突出应用的三类材料，形状记忆材料，电（磁）致流变液体和电（磁）致伸缩材料。     

超磁致伸缩超声换能器设计分析

基于超磁致伸缩材料设计了一种超声换能器,推导了超声振子的频率方程,并且用ANSYS有限元软件对换能器的关键部件进行了动力学分析,得到了关键部件的模态和谐响应特性,验证了设计方法的可行性.对振动系统进行了静态磁场和谐波磁场分析,结果表明:增加磁回路中导磁材料的磁导率可以增加超磁致伸缩棒的轴向磁场强度和磁场均匀度,但当材料的相对磁导率大于1 000时,轴向磁场强度和磁场均匀度的增加幅度逐渐趋于平衡;在高频激励下,超磁致伸缩棒呈现出了严重的电涡流效应,严重限制了其驱动性能,必须对超磁致伸缩棒进行处理.     

圣维南原理与双层平板复合材料的层间弹性耦合

研究了铁磁(电)/弹性介质双层复合材料中的层间弹性耦合,分析了圣维南原理(或局部作用原理)对理想弹性耦合条件下弹性介质内应力分布的影响.从弹性力学基本方程出发得到了切应力和张应力在弹性体内分布的解析模型.建议了一种用于研究局部作用原理的实验方法,该实验方法以应力双折射效应为基础,结合磁(电)致伸缩,构成乘积效应材料,并辅以应力计检测.分析发现,实验与理论结果基本一致.     

电致伸缩材料微位移驱动器特性研究

通过对电致伸缩微位移驱动器的实验研究发现,伸长量方向的力对电致伸缩材料伸长量的影响是随着力的增加而增大,从微观上定性地解释了实验结果。给出了电致伸缩器（WTDS－1B）“力－电压－伸长量”的特性实验曲线;指出预紧力对电致伸缩器的重要性,并由进一步的实验结果所证实。