電流變

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

我們通常看到液體變固體或固體變液體，或液體變氣體或氣體變液體，似乎只和溫度有關。比如水吧，冷卻到0℃就變成固體，即冰；加熱到100℃就變成水蒸氣，即氣體。當然，這種變化也和壓力有關，比如在青藏高原，水不到100℃就會沸騰變成蒸汽，因為那兒的氣壓不到一個大氣壓。

但世界之大無奇不有。那是在1947年，有一個叫溫斯洛的美國人，用石膏、石灰和碳粉加在橄欖油中，然後加水攪拌成一種懸浮液，他想看看這種懸浮液是不是能導電。在試驗中，他意外地發現一個奇怪的現象，即這種懸浮液在沒有加上電場時，可以像水或油一樣自由流動；可是當一加上電場時，幾毫秒內就立即由自由流動的液體變成固體；而且隨電場強度和電壓的增加，固體的強度也增加。同時這種現象也能“反過來”進行，即當撤消電場時，它又能立即由固體變回到液體。

溫斯洛還為此申請了專利。溫斯洛的發現和試驗引起了科學家極大的興趣和熱情，因為這種能用電場控制來改變物質狀態的現象，有可能用來實現把高速計算機的電信號指令直接變成機械動作。

離合器和剎車裝置

人們最先想到的是用電流變體來製造汽車的離合器和剎車裝置。汽車司機都知道，改變行車速度要換擋，這就要用離合器，而換擋至少也要秒把鐘的時間，遇到緊急情況剎車時，司機踩剎車讓剎車片緊緊“抱住”旋轉的輪子，也至少需要1秒左右的時間，可在這1秒的時間內，就有可能車毀人亡；而如果用電流變體做離合器或剎車裝置，就只需要千分之幾秒的時間就可以達到換擋或剎車的目的。因為只要一按電鈕，電流變體就立即變成固體，起到換擋和剎車作用。為了讓你明白這個原理，只要看一下電流變離合器示意圖就清楚了。當不加電場時，電流變體為液體，黏度很小，等於汽車掛不上擋；當加上電場后，電流變體的黏度隨電壓的增加而增大，能傳遞的力矩也增加；當電流變體變成固體時，主動軸就和滑動輪結合成一個整體，等於換上了擋，而這個過程也就千分之幾秒。剎車的原理也是這樣。

仿生智能材料

近幾年科學界正在研究有“感覺”和有“知覺”的仿生智能材料，而電流變體正好適應這一要求，因為智能材料的顯著特點之一就是能隨外界環境的變化自動調節其功能。比如電流變體能隨施加的電壓不同而改變自身的強度，因而可以充當智能材料的“肌肉”。因為一使勁(加上電壓)肌肉就變硬，肌肉一放鬆(撤掉電壓)肌肉就變軟。電流變體通過開閉電場也能變硬和變軟，其作用就相當於“肌肉”。

1991年，美國科學家甘迪還用電流變體研製了一種能自動加固的直升機水平旋翼葉片。當葉片在飛行中突然遇到疾風而猛烈振動有可能斷裂時，葉片中事先埋入的電流變體就可變成固體，從而實現自動加固。總之，電流變體的應用有可能開闢一個新世界，因此，美國密執安大學材料冶金系的教授菲利斯科甚至預言：“電流變體有可能產生比半導體更大的革命。”

工業工程應用

電流變效應的優異特徵，使得電流變材料具有廣泛的工程應用前景以及潛在的巨大經濟效益和社會效益。各個國家的政府、國防部以及企業界和科學界都積極配合，研究電流變材料的研究和開發。像英國的電流變技術研究所辛迪加、日本Toyota 公司和Nissan 公司等企業界的介入、美國政府部門的重視和諸多大企業的投入等，加快了這一高新技術投入市場和商品化過程。電流變材料的工程應用 有:

(1) 利用表觀粘度在一定條件下的無級可控性能，可以設計和製造出適合於各種工程領域中用作振動主動控制的阻尼可調節的減震器和隔震器。

(2) 利用一定範圍內可無級變化和控制的電致抗剪屈服應力，可以設計和製造出轉矩、轉速可無級調節的動力傳遞元件如可調速的離合器，制動力可控的制動器等。

(3) 由於電流變液體在電場作用下，能產生高速響應的稠化和固化效應，利用它可以研製在液壓控制技術常見的高速響應的開關控制器件，運動物體位置的精確控制以及液壓傳動中的流量和壓力控制的各種閥。

我國電流變應用發展

北京理工大學的魏宸官 研製成功了ERF 減震器和電風扇調速離合器，取得了一定的成就。電流變技術涉及的部門和領域非常廣泛如航空航天、農業機械、生產自動化、計算機控制、汽車工程、船舶工程、機器人工程以及武器控制等領域。利用電流變效應開發出來的新產品與已有的產品相比，可在性能上、製造上、使用上以及價格上有明顯的優勢和市場競爭能力。