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智能材料
日期: 2001年01月01日 00:00       来源:科技部
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    自然界中,液体和固体是有明显区别的两种物质形态。水、油等是液体,可以自由流动。钢铁、木材、石头等是固体, 它们有固定的形状。能不能发明一种材料,它既有液体和固体的优点,又可根据需要在两者之间进行转换呢?最近,香港科技大学物理系的教授们开发出一系列能满足不同需求的电流变液材料。不仅如此,他们还发现,这种材料有 很多新颖的性质,带来激动人心的广阔 用途。

电流变液是一种由纳米至微米尺度的介电微粒与绝缘液体混合而成的复杂流体。在没有外电场时,它的外观很像机器用的润滑油。通电时,它的黏度随外电场增加而变稠。当电场足够大时,整个体系表现出来类似固体的特征,令人称奇的是,当去掉外加电场时,它又由固态重新恢复到液态。由于这种材料可以在电场影响下在液态和固态间转换,故被称为电流变液。也被称为智能材料。

电流变液的一个最直接的应用是,利用它在电场下粘度变化的特性制造离合器,取代传统的齿轮传动装置。传统的汽车离合器利用齿轮箱来改变车速。一方面,其机械配置相当复杂,设计及维修都耗时耗力;另一方面,由于齿轮箱中机械损耗及零件的运转,造成体积大,耗能高、噪音大的缺点。如果改用电流变液制作的离合器来代替传统的齿轮离合装置,不仅体积可缩小到原来的十分之一,而且控制十分简单,只需控制电压就可达到调速的目的。

电流变液取代传统的齿轮离合装置的原理是这样的:在主动轮和从动轮之间为电流变液。当外加电场为零时,在马达带动下旋转的主动轮A不会带动从动轮B转动;当加在主,从动轮之间的电压逐渐增加时,电流变液的粘度会随之增加。当其粘度达到一定临界值时,就会带动从动轮转动。通过对外电场的调控,可以控制从动轮的转速。

通过实验可以清楚地看到,在未场时,由于装置处于静态,不产生动力去拉动重物;加电场时,主动轮带动从动轮转动,可以拉起五公斤的重物;当电场取消后,装置还原,重物掉下。

除了代替汽车离合器外,利用电流变液制成的缓冲装置还可用在汽车、飞机、火车及其他减震装置中,其效果会大大优于目前任何一种弹簧及油压减震结构。由于尺度可以做得十分微小,这种传动技术更可以广泛应用于下一代微机械传动装置。

从二十世纪八十年代以来,人们对电流变液的研究就已经深入,在进行理论研究的 同时,科学家们一直在试图改进材料的制造,提高其性能,制造出各种具有优异性能的新型装置。

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