電流變液智能材料在工程技術中的應用探究

劉子昂

（湖南衡陽縣第一中學1622 班，湖南 衡陽 410000）

就現階段我國行業內的發展形式來看，電流變液是一種新型技術，在我國興起的時間并不長，在工業上應用之后，被業內人員稱為“半導體技術應用之后的又一革命”，其關鍵在于此項技術成功應用了一種新型的智能材料，并且在實際運行的過程中，達到了較為理想的效果，這種智能材料是一種被稱為智能材料的液體，電流變成液體之后，在外界強壓電的作用之下，電流變體表現出較為明顯的牛頓體行為，尤其是當剪應力與剪切速率成正比的時候，其效果更加明顯。早期所開發的電流變液體，絕大多數都含有一定的水分，其主要原因是由于具有高電常數的小顆粒和有低電常數的油液的均勻懸浮物狀的液體，通常由兩部分來組成，即分散介質和分散相，分散介質一般是指具有較低粘度以及導電率的特殊性能流體，分散相是指分散于液體中的粒子，例如沸石以及電陶瓷等等，這些分散相所產生的電流是導致電流變效應的關鍵因素。通常情況下，含水的電流變電體有以下的缺點：第一，當溫度升高的時候，電荷在粒子間的游動速度會加快，從而在一定程度上導致電力消耗速度的加快；第二，當溫度升高的時候，溢出的水會對電流變體的設備造成一定的腐蝕。

1 電流變液的基本作用機理

現階段，我國關于電流變液主要有以下幾種觀點。

1.1 靜電極化模型

在高電壓下的電流變液當中的例子，由于極化發生電荷的分離，正電荷向靠近負電級的一端移動，負電荷會向靠近正極的一端進行移動，結果粒子兩端含有正負極電荷，相鄰的粒子由于經典的吸引會出現互相連接的情況，形成鏈狀結構進而粗化成粒子柱。其模型在實際應用的過程中，取得了較為理想的效果。

1.2 “水橋”模型

現階段，我國行業內的技術發展已經達到了一個新的高度。在外界電廠的作用之下，粒子的兩極化越來越明顯，由于水中電滲透作用越來越明顯，最終自由粒子會滲透到粒子的兩端，并且相鄰的粒子表面會形成“水橋”，從而使水分子緊密的連接到一起，這種情況，在宏觀上被稱為凝膠態[1]。

1.3 滲透理論

滲透理論是指當電流在變成固體的時候，固體粒子之間會相互吸引，其相互作用力會對粒子造成很大的影響，如果粒子之間的距離相對較短，其作用力會變的更大，我國行業內的專家曾經估算過，其電流變體的體積變化高達64%，這可以說是一次驚人的發現，當作用大范圍小于粒子自身體積的時候，其表面積的作用力就越大，臨界點的積分率還會進一步的降低。

2 電流變液體的應用

在西方發達國家，尤其是美國、英國、日本以及德國，已經開始大力開展電流在電廠感應下的固液轉變研究，并且都取得了一定的成果，其中，美國國家能源部門在1993年就已經發布一項對于電流變液研究需求進行評估的報告，在報告中言到電流變液將使工業進行一次較為全面的改革，是行業發展的一次歷史性的轉折，同時也會使若干相關部門受到很大的影響，這些部門主要包括：自動化設備工業、通用以及專業機械工業、油壓機械部門以及交通工業相關部門等等。

根據電流變液在電場作用下粘度的變化情況來看，主要有三種工作形態，即剪切模型、流動模型以及壓縮模型。剪切模型主要整理的是當量平行極板產生相對運動作用力的時候，會有剪切阻力；流動模型是指當兩極板固定不動，電流之間的變液體能在極板之間運動，從而產生流動模型；壓縮模型主要是指當兩平行極板由于受到外力的作用開始進行相背或者是相向運動的時候，極板之間的間距會在一定程度上增加或者減小。

一般情況下，其在工業上的應用主要有以下類型：第一，離合器以及制動器等。現階段，這類工業裝置在我國應用極為廣泛，其工作原理主要是將電流變液放在有相對運動的機械部件之間，通過電壓的輸送來完成機械的運轉，這種運轉模式不僅方便快捷，并且在很大程度上提升了工作的質量，應用這種方法的離合器與傳統的離合器相比較有較為明顯的優勢，其主要優點表現在結構簡單、機械磨損小并且噪聲相對較低，在實際應用的過程中，有較為理想的效果，并且其并不具備傳統齒輪的傳動系統；第二，減震器以及發動機支座等。這類裝置在實際運行的過程中，主要的工作原理是使ER 流體在靜止的管道當中進行流動，以此來產生流動的模型，通過改變電流以及電壓來改變物體的粘度，這樣的方法在實際應用的過程中，有較為理想的效果，可以有效的控制流體流動的速度，現階段，這種方法較為常用，智能化的液壓閥是這類裝置當中的典型例子，除此之外，減震器是目前已經研發成功的并且有較好實驗效果的裝置，由于其減震的幅度很大，還具有可調控范圍的優點，在應用的過程中效果較為理想，也希望其可以早日全面向市場推廣；第三，ER 虛擬現實手套。我國的虛擬環境系統是一項嶄新的技術，此項技術在實際應用的過程中，取得了一定的成果[2]。但是，就我國此項技術目前的發展情況來看，缺少補充的觸覺以及動覺等系數的反饋，此項技術目前還在研發當中，主要是通過對于剛度的控制來完成對于其自身使用效果的控制，目前還不能達到實時的動態反饋，這是我國現階段行業內急需突破的技術重點之一；第四，ER 材料的具體應用。此項技術在我國的應用主要體現在兩方面，即低溫流體與火箭燃料的應用以及ER 復合梁的應用，這兩種應用的發揮在那時在各自的領域內都有不錯的表現。低溫流體與火箭燃料：將高能燃料與鋁粉放在液態氧中支撐懸浮液，由于這種燃料可通過計算機精準的控制流動，與傳統的控制方法相比較不僅提升了效率同時也提升了質量，由于這種控制方法并不需要機械的傳動部分，因此較為適合低溫的應用，其另一個較為明顯的優點就是可以充分的利用其材料固態與液態變化的可逆性，在運輸的過程中，使其發生固化，在燃燒的時候再變為液體。除此之外，在實際應用的過程中還可以有效的控制燃料的年度。ER 復合梁：主要運行原理是通過對電壓進行控制，調節ER 的粘度，并使其在瞬間改變結構以及其自身的阻力，這樣可以很好的達到減震的效果。由上述內容可以看出，電流變液裝置在實際應用的時候體現出了許多傳統裝置所不具備的優點，其主要體現在：可以有效的提高計算機的精準控制能力，其響應的速度有了很大程度的提升，并且控制范圍較寬，變化也是連續性的，這些都是傳統技術所不具備的，因此可以預料，此項技術將會隨著我國行業的科技水平不斷進步從而實現對于相關領域的全面覆蓋。

3 新的電流變液體材料的未來發展方向

對于現階段我國的電流變液體材料來說，其技術還存在著一定的不足，需要相關技術人員對其進行完善。人們開始逐漸重視對單向ER 流體的研制，例如在對彌散在溶劑中的液晶高分子流體進行研究，液晶高分子的剪切速率很快，其流體的粘度也有很大程度的增加，并且由于其是單向運動，所以并不存在沉淀的問題，也不存在摩擦問題，這與實際工程中的運行情況大致相同。并且經過深入的研究之后發現，純ER 流體的流速相對較快，流體所產生的應力相對較大，因此將其進行技術上的結合有較為理想的效果，這也是此項技術未來重點發展的方向之一。在電磁場的作用之下，把粒子放入到懸浮液當中，或者將分別裝有電流變液體的粒子放入懸浮液當中，然后對其作用的效果進行分別比較，最終結果發現電場比磁場作用流體的效果要更加明顯。因此，可以確定研究和開發電磁流變液體這一新型材料對于行業的發展具有較為深遠的影響。

4 結語

本文對電流變液智能材料在工程技術中的應用進行了探究，并且對未來的發展形式進行展望，希望對于我國行業內的技術研究以及發展起到一定的輔助作用。

鐘表所產品應用于我國第一艘國產航母并圓滿完成出航試驗——中船重工707 所向鐘表所發來表揚信

我國第一艘國產航母于5月13日清晨離開碼頭，開始海試。經過5 天的連續奮戰，完成了首次海上試驗任務。

2018年5月23日，中國船舶重工集團公司第七〇七研究所向西安輕工業鐘表研究所有限公司發來表揚信，對鐘表所GJSM-ⅠB 型高精度石英母子鐘圓滿完成國產航母出航試驗保障任務表示感謝。信中說，整個試驗任務艱巨、進度緊張、組織協調難度大，感謝貴單位對鐘表所抓總工作的緊密配合和大力支持！面對重重困難和嚴峻形勢，貴單位嚴格貫徹海軍等上級指指示精神，派出了精兵強將參與保障試驗。為我國國防建設貢獻力量自豪，鐘表所將一如既往地秉承“精準、創新、和諧、共贏”的企業價值觀，為在相關領域做出更大成績而努力。