一種智能材料－－電流變液
互聯(lián)網(wǎng) panzhihao 汽車保養(yǎng)維修 2007-09-04
一種智能材料－－電流變液自然界中液體和固體是有明顯區(qū)別的兩種物質(zhì)形態(tài)。水、油是液體，可以四處流動(dòng)。石頭、木材是固體，有固定的形狀。同一種物質(zhì)在外部條件的變化下，可以從一種物質(zhì)形態(tài)變化到另一種物質(zhì)形態(tài)，例如水，當(dāng)溫度在零攝氏度以上是液體，在零攝氏度以下就會(huì)結(jié)冰，變成固體。那么，能不能發(fā)明一種材料，通過一種媒介作用使它能在液體與固體之間自由轉(zhuǎn)換，分別具有兩者的優(yōu)點(diǎn)呢？
現(xiàn)在，有一種稱為“電流變液”的東西，正扮演著這種新型材料的角色。通電時(shí)，它的粘度隨外電場(chǎng)增加而變稠，從液體向固體演變，當(dāng)電場(chǎng)足夠大時(shí)，整個(gè)體系表現(xiàn)出類似固體的特征。當(dāng)去掉外加電場(chǎng)時(shí)，它又由固態(tài)重新恢復(fù)到原有的液態(tài)。由于這種材料可以在電場(chǎng)作用下在液態(tài)和固態(tài)之間轉(zhuǎn)換，故被稱為電流變液。由于電場(chǎng)可由電腦操縱，因此可變態(tài)的電流變液又被稱為智能材料。
電流變液是一種由介電微粒與絕緣液體混合而成的復(fù)雜流體。在沒有外電場(chǎng)時(shí)，它的外觀很像機(jī)器用的潤滑油，一般由基礎(chǔ)液、固體粒子和添加劑組成�；A(chǔ)液可采用煤油、礦物油、植物油、硅油等經(jīng)理化處理的物體構(gòu)成，要具有絕緣性能好，耐高壓，低粘度，在無電場(chǎng)作用下具有良好流動(dòng)性這些性質(zhì)；固體粒子是一種由納米至微米尺度大小的具有高的、相對(duì)的介電常數(shù)和較強(qiáng)極性的微細(xì)物體組成。添加劑常用水、酸、堿、鹽類物體和表面活性劑組成，其作用是增強(qiáng)懸浮液的穩(wěn)定性和電流變效應(yīng)。
在外電場(chǎng)作用下，電流變液中的固體顆粒獲得電場(chǎng)的感應(yīng)作用，首先在兩極板間排成鏈，隨電場(chǎng)進(jìn)一步增強(qiáng)，鏈之間相互作用而聚集成柱，從而由液態(tài)進(jìn)入固態(tài)。
近來電流變液組份獲得不斷改進(jìn)，性能良好的電流變液在電場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生明顯的電流變效應(yīng)，即可在液態(tài)和類固態(tài)間進(jìn)行快速可逆的轉(zhuǎn)化，并保持粘度連續(xù)。這種轉(zhuǎn)變極為迅速，瞬時(shí)可控，能耗極小，因而可與電腦結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。電流變技術(shù)在機(jī)械工程、汽車工程、控制工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍非常廣泛。
電流變技術(shù)在汽車上最直接的應(yīng)用是利用它在電場(chǎng)下粘度連續(xù)變化的特性制造汽車離合器裝置，例如汽車自動(dòng)變速器的離合器，就可以用電流變液取代傳統(tǒng)的齒輪離合裝置。傳統(tǒng)的汽車自動(dòng)變速器機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有體積大，耗能高的缺點(diǎn)。如果改用電流變液制作的離合器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的齒輪離合裝置，不僅體積可以大幅縮小，而且控制簡(jiǎn)單，只需控制電壓就可達(dá)到調(diào)速的目的，屆時(shí)只需在方向盤上設(shè)置幾個(gè)調(diào)速按鍵就可解決換檔。
電流變液作用下的離合裝置原理是這樣的：主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間充有電流變液。當(dāng)外加電場(chǎng)為零時(shí)，主動(dòng)軸不會(huì)帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)電壓逐漸增加時(shí)，電流變液的粘度會(huì)隨之增加。當(dāng)其粘度達(dá)到一定臨界值時(shí)，主動(dòng)軸帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
由此可見，根據(jù)電流變技術(shù)的原理，構(gòu)成液—機(jī)耦合的機(jī)制，可以設(shè)計(jì)出全新的汽車結(jié)構(gòu)。根據(jù)這一原理，同樣可以設(shè)計(jì)出新穎的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、汽車的減震裝置、制動(dòng)裝置等。與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相比，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、應(yīng)用簡(jiǎn)便、靈敏度高、噪聲小、壽命長、成本低、易于實(shí)現(xiàn)電腦控制的特點(diǎn)。電流變技術(shù)在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重大創(chuàng)新將引發(fā)一場(chǎng)汽車技術(shù)革命。
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