电流变

悬浮液的状态可以用电场来控制

悬浮液的状态可以用电场来控制，科学家把它称为电流变体。并把这种现象称为“温斯洛现象”或“电流变现象”。

概念

Electro Rheological Effect （ER效果）　Electro Rheological Fluids(ER流体)

我们通常看到液体变固体或固体变液体，或液体变气体或气体变液体，似乎只和温度有关。比如水吧，冷却到0℃就变成固体，即冰；加热到100℃就变成水蒸气，即气体。当然，这种变化也和压力有关，比如在青藏高原，水不到100℃就会沸腾变成蒸汽，因为那儿的气压不到一个大气压。

但世界之大无奇不有。那是在1947年，有一个叫温斯洛的美国人，用石膏、石灰和碳粉加在橄榄油中，然后加水搅拌成一种悬浮液，他想看看这种悬浮液是不是能导电。在试验中，他意外地发现一个奇怪的现象，即这种悬浮液在没有加上电场时，可以像水或油一样自由流动；可是当一加上电场时，几毫秒内就立即由自由流动的液体变成固体；而且随电场强度和电压的增加，固体的强度也增加。同时这种现象也能“反过来”进行，即当撤消电场时，它又能立即由固体变回到液体。

温斯洛还为此申请了专利。温斯洛的发现和试验引起了科学家极大的兴趣和热情，因为这种能用电场控制来改变物质状态的现象，有可能用来实现把高速计算机的电信号指令直接变成机械动作。

应用

离合器和刹车装置

人们最先想到的是用电流变体来制造汽车的离合器和刹车装置。汽车司机都知道，改变行车速度要换挡，这就要用离合器，而换挡至少也要秒把钟的时间，遇到紧急情况刹车时，司机踩刹车让刹车片紧紧“抱住”旋转的轮子，也至少需要1秒左右的时间，可在这1秒的时间内，就有可能车毁人亡；而如果用电流变体做离合器或刹车装置，就只需要千分之几秒的时间就可以达到换挡或刹车的目的。因为只要一按电钮，电流变体就立即变成固体，起到换挡和刹车作用。为了让你明白这个原理，只要看一下电流变离合器示意图就清楚了。当不加电场时，电流变体为液体，黏度很小，等于汽车挂不上挡；当加上电场后，电流变体的黏度随电压的增加而增大，能传递的力矩也增加；当电流变体变成固体时，主动轴就和滑动轮结合成一个整体，等于换上了挡，而这个过程也就千分之几秒。刹车的原理也是这样。

仿生智能材料

近几年科学界正在研究有“感觉”和有“知觉”的仿生智能材料，而电流变体正好适应这一要求，因为智能材料的显著特点之一就是能随外界环境的变化自动调节其功能。比如电流变体能随施加的电压不同而改变自身的强度，因而可以充当智能材料的“肌肉”。因为一使劲(加上电压)肌肉就变硬，肌肉一放松(撤掉电压)肌肉就变软。电流变体通过开闭电场也能变硬和变软，其作用就相当于“肌肉”。

1991年，美国科学家甘迪还用电流变体研制了一种能自动加固的直升机水平旋翼叶片。当叶片在飞行中突然遇到疾风而猛烈振动有可能断裂时，叶片中事先埋入的电流变体就可变成固体，从而实现自动加固。总之，电流变体的应用有可能开辟一个新世界，因此，美国密执安大学材料冶金系的教授菲利斯科甚至预言：“电流变体有可能产生比半导体更大的革命。”

工业工程应用

电流变效应的优异特征,使得电流变材料具有广泛的工程应用前景以及潜在的巨大经济效益和社会效益。各个国家的政府、国防部以及企业界和科学界都积极配合,研究电流变材料的研究和开发。像英国的电流变技术研究所辛迪加、日本Toyota 公司和Nissan 公司等企业界的介入、美国政府部门的重视和诸多大企业的投入等,加快了这一高新技术投入市场和商品化过程。电流变材料的工程应用有:

(1) 利用表观粘度在一定条件下的无级可控性能,可以设计和制造出适合于各种工程领域中用作振动主动控制的阻尼可调节的减震器和隔震器。

(2) 利用一定范围内可无级变化和控制的电致抗剪屈服应力,可以设计和制造出转矩、转速可无级调节的动力传递元件如可调速的离合器,制动力可控的制动器等。

(3) 由于电流变液体在电场作用下,能产生高速响应的稠化和固化效应,利用它可以研制在液压控制技术常见的高速响应的开关控制器件,运动物体位置的精确控制以及液压传动中的流量和压力控制的各种阀。

我国电流变应用发展

北京理工大学的魏宸官研制成功了ERF 减震器和电风扇调速离合器,取得了一定的成就。电流变技术涉及的部门和领域非常广泛如航空航天、农业机械、生产自动化、计算机控制、汽车工程、船舶工程、机器人工程以及武器控制等领域。利用电流变效应开发出来的新产品与已有的产品相比,可在性能上、制造上、使用上以及价格上有明显的优势和市场竞争能力。

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