智能材料水声学应用整理.doc

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1、智能材料在水声学方面的应用智能材料是模仿生命系统、能感知环境变化并能实时地改变自身的一种或多种性能参数、自身可作出所期望的能与变化后的环境相适应的自我调整的复合材料或材料的复合。智能材料的基本组元有：磁致伸缩材料，电磁流变体，压电材料,形状记忆合金，光导纤维和高分子智能材料。1.磁致伸缩材料目前国内外磁致伸缩材料主要有以下三大类，(1)金属与合金磁致伸缩材料(2)铁氧体磁致伸缩材料(3)稀土金属间化合物磁致伸缩材料。轼镐铁磁致伸缩材料为代表的稀土合金(TerfenolD)的研制最为成功，化学式TbxDyi-xFey(x=0.27〜0.3,y=1.9-1.9

2、5),由于其纳秒级机械响应速度，功率大、适用频带宽、余振小等特点而迅速应用于国防航空、海洋等高科技领域。根据相关文献的阅读，此类稀土超磁致伸缩材料在水声学方面的应用主要在声纳及各类水下高精探测设备的水声转换器中在磁声换能器、超声换能器、各类致动器、执行器中亦有广泛应用。具体资料及使用数学公式关系可参见整理文件夹“磁致伸缩材料”。2、电磁流变体电流变体材料在目前文献阅读屮认为研究屮的主要应用为电流变体阻尼器，国内东南大学在这方面的研究颇深。在水声学方面，由于磁流变体材料相对具有振动噪声小、高效、布置方便及操纵性好等优点，电流变体材料使用不多。磁流变体材料目前

3、主要运用在新型阻尼减振、降噪方面，研究成功的各类新型阻尼器可供水下设备使用。另外，磁流变推进技术，亦是磁流变方面的一个重耍应用，安静、可靠、灵活，但也同时面临着电解、腐蚀等问题亟待有效解决。具体资料及相关研究中使用数学公式关系可参见整理文件夹“磁电磁流变体”。3、压电材料传统的压电材料主要有压电晶体、压电陶瓷和压电聚合物三大类，其中圧电陶瓷(PZT)具有响应频率快，能量转换效率高，恢复力大等特点，压电聚合物(PVDF)柔顺性好，重量轻，声阻抗易匹配，并适于大面积成型而大量研究使用。纳米化、复合化和智能化型PZT材料的发展，在水声学方面对提高水声换能器、水听

4、器的性能提供了重耍途径。超微细粉纳米PZT材料和低频大面积PVDF为现今压电材料研究的一个重要方向。用陶瓷粉材料和橡胶混炼而成的0-3复合材料，被称之为压电橡胶，另外把压电陶瓷加工成纳米级粉末，再与其它材料复合烧结成形的纳米结构复合压电材料，此课题领域目前正在研究中。数据库中亦找到几篇相关类研究文章，收集整理于文件夹“压电材料”。4、光导纤维文献导读中发现，光导纤维在水声学方面的应用多数是围绕水听器（水声传感器）展开的，按传感原理分为强度性、干涉型和光纤光栅型，分别基于强度调制、相移调制和波长调制来测量水声信号。具有抗电磁干扰、体积小、重量轻等特点。光纤光

5、栅激光水听器是光纤水听器的一个重耍发展方向，研究主要集中在探头技术、关键光纤器件制作技术以及高分辨率FBG波长检测技术。光纤水听器一方面朝着高灵敏度、小型化发展，另一方面由单个研究向阵列化大规模（如拖曳细线阵阵列）方向发展。具体资料及相关研究中使用数学公式推导见整理文件夹“光导纤维”5.高分子智能材料高分子材料具有高阻尼损耗、易于分子结构设计和成型加工特性，在水声学方面主要应用于水声吸声的材料选型。研究认为，声能的损耗主要是由粘滞性内摩擦、弛豫作用和热传导造成的。声学机构主要分为共振式、阻抗渐变式、夹芯层式、微粒复合式和压电式等几种机构，在吸声材料的高频和

6、增加频宽方面取得不少研究进展，目前朝着低频宽带方向发展。