超磁致伸缩材料的特性及其发展应用

超磁致伸缩材料的特性及其发展应用

摘要：本文介绍了超磁致伸缩材料独特的性能及其发展历程。通过查阅大量

的资料，阐述了超磁致伸缩材料在各个领域的应用及研究现状，并且对其今后的

应用做了一些展望。

关键词：超磁致伸缩材料；特性；应用

引言

随着科学技术的发展，稀土功能材料在科学领域中的研究和应用愈发重要和

广泛，特别是在国防领域中，因而稀土材料成为了各个国家的战略性资源。我国

近几年更是大力发展各种新型的稀土功能材料，这其中就包括了新型的稀土超磁

致伸缩材料。稀土超磁致伸缩材料的应用非常广泛，对发展有源减震、航天燃料

喷射系统、快速阀门控制、纳米级致动器、新型声纳系统、机器人等高新技术有

着重要的影响[1]。

1 超磁致伸缩材料

1.1 产生磁致伸缩效应的机理

在居里点温度以下时，铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变，其长度

和体积会发生微小的变化，这种现象称之为磁致伸缩效应，长度的变化是1842

年由焦耳发现，亦统称为焦耳效应或者线性磁致伸缩[2]。由于体积磁致伸缩量非

常小，研究和应用都主要是线性磁致伸缩领域，所以一般的磁致伸缩也就是指线

图1 磁体磁畴在外磁场作用下发生转动

引起磁体尺寸发生变化示意图

Fig.1 The magnetic domain under the effect of external magnetic field

occurrence of rotation and lead to change size magnets

性的磁致伸缩。

产生磁致伸缩的机制是多方面的，有自发形变、场致形变、轨道耦合和自旋

—轨道耦合相叠加、形状效应等原因，以下仅从场致形变的理论简单说明：在外

磁场的作用下，多畴磁体的磁畴要发生畴壁移动和磁畴转动，结果导致磁体尺寸

发生变化。当磁场比饱和磁场Hs小时，样品的形变主要是长度的改变，体积几

乎不变；当磁场大于饱和磁场Hs时，样品主要表现为体积磁致伸缩。磁体磁畴

在外磁场作用下发生转动引起磁体尺寸发生变化的示意图如图1所示[1]。

1.2 磁致伸缩材料的其他物理效应