在常溫下由於磁化狀態的改變，其長度和體積會發生較大變化，即具有極大的磁致伸縮係數的磁致伸縮材料被稱為超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Material 簡稱GMM），由於多為稀土構築，又稱稀土超磁致伸縮材料。這種材料具有很高的耐熱溫度，磁致伸縮性能強。在室溫下，機械能和電能之間的轉換率高、能量密度大、回響速度快、可靠性好、驅動方式簡單。
基本介紹
- 中文名：超磁致伸縮材料
- 外文名：Giant Magnetostrictive Material GMM
- 發展時期：20世紀70年代
- 優點：能量密度大、回響速度高
GMM性能優點,GMM發展前景,國內研究狀況,
GMM性能優點
GMM的尺寸伸縮可隨外加磁場成比例變化，其磁致伸縮係數遠大於傳統的磁致伸縮材料。1971年美國海軍表面武器實驗室開始尋找在室溫下具有較大磁致伸縮的材料，發現TbFe2、DyFe2、SmFe2等具有很好的磁致伸縮性能，但是它們需要很強的磁場才能驅動，這就限制了該材料的套用。為此，他們又研究了新的合金材料，這種合金材料具有很高的居里溫度，磁致伸縮性能優異，使得實際套用成為可能，由此引起了業界對GMM開發及套用的極大關注。
GMM在室溫下機械能－電能轉換率高、能量密度大、回響速度高、可靠性好、驅動方式簡單，正是這些性能優點引發了傳統電子信息系統、感測系統、振動系統等的革命性變化。
總的來說，超磁致伸縮材料具有以下幾大特點：
（1）磁致伸縮係數非常大，是Fe、Ni等材料的幾十倍，是壓電陶瓷的3~5倍。正是這樣大的伸縮係數，是使得超磁致伸縮材料發展迅速的根本原因所在。
（2）超磁致伸縮材料的能量轉換效率在49%~56%之間，而壓電陶瓷在23%~52%之間，傳統的磁致伸縮材料僅為9%左右，所以可運用此特性製造高能量轉換效率的機電產品。
（3）居里溫度在300以上，遠比壓電陶瓷(鋯鈦酸鉛PZT)要高，因此在較高溫度下工作都可保持性能穩定。
（4）能量密度大，是Ni的400~800倍，是壓電陶瓷的12~38倍，此特性適用於製造大功率器件。
（5）產生磁致伸縮效應的回響時間短，可以說磁化和產生應力的效應幾乎是同時發生的，利用這一特性可以製造超高靈敏電磁感應器件。
（6）抗壓強度和承載能力大，可在強壓力環境下工作。
（7）工作頻頻寬，不僅適用於幾百Hz以下的低頻，而且適用於超高頻。
GMM發展前景
超磁致伸縮材料（GMM）是自上世紀70年代迅速發展起來的新型功能材料，已被視為21世紀提高國家高科技綜合競爭力的戰略性功能材料。GMM器件的性能已被證明優於壓電陶瓷換能材料，在軍民兩用高科技領域具有難以估量的套用前景。GMM自上世紀80年代開始投入西方市場，歷經20餘年的發展，當前GMM市場售價已較最初降低了20餘倍。隨著GMM制適成本的不斷降低和套用領域的不斷擴大，市場需求有愈發強勁之勢。
由於超磁致伸縮材料，在磁場作用下長度發生變化，發生位移而做功；在交變磁場作用下，發生反覆伸張與縮短，從而產生振動或聲波，將電磁能(或電磁信號)轉換成機械能或聲能(或機械位移信息,或聲信息)，相反也可以將機械能(或機械位移與信息)轉換成電磁能(或電磁信息)，這樣可以製成功率電-聲換能器、電-機換能器、驅動器、感測器和電子器件等。迄今已有1000多種GMM器件問世，套用面涉及航空航天、國防軍工、電子、機械、石油、紡織、農業等諸多領域，大大促進了相關產業的技術進步。例如大功率GMM換能器用於油井處理，可降低石油粘度，改善流動特性，大大提高石油產量。
在科技發展日新月異的新世紀，GMM的重要性必將越來越突出，套用也將更廣泛。預計未來GMM的主要套用領域有以下幾個方面：採用大功率GMM換能器進行油井處理，可降低石油粘度，改善流動特性，大大提高石油產量。在國防軍工及航空航天業，套用於水下艦艇移動通訊、探/檢測系統、聲音模擬系統、航空飛行器、地面運載工具和武器等；電子工業及高精度自動控制等技術行業，用GMM製造的微位移驅動器可用於機器人、超精密機械加工、各種精密儀器和光碟驅動器等；海洋科學及近海工程業，用於海流分布、水下地貌、地震預報等的勘測裝置和用於發射及接收聲訊號的大功率低頻聲納系統等；機械、紡織業及汽車製造業，可用於自動剎車系統、燃料/注入噴射系統和高性能微型機械功率源等；大功率超音波、石油業及醫療業，用於超聲化學、超聲醫療技術、助聽器和大功率換能器等。此外，還在振動機械、建築機械及焊接裝置、高保真音響等許多領域，作為新型器件加以使用。
國內研究狀況
北京鋼鐵研究總院在GMM製備技術方面的研究起步較早，1991年在國內率先製備出GMM棒材，獲得了國家專利。此後又進一步開展了低頻水聲換能器、光纖電流檢測、大功率超聲焊接換能器等的研究和套用，開發出了具有自主智慧財產權的年產能達噸級的高效集成生產GMM技術和裝備。北京科技大學研製的GMM材料在國內外20家單位試用，效果良好。蘭州天星公司也開發了年產能達噸級的生產線，在GMM器件開發、套用方面頗有建樹。
據王龍妹教授介紹，雖然我國對於GMM的研究工作起步不算晚，但在產業化和套用開發方面還處於起步階段。目前我國不僅需要在GMM生產技術、生產裝備、生產成本上有所突破，同時也需要在材料套用器件開發上傾注精力。國外很重視功能材料與元件、套用器件的一體化，美國的ETREMA材料就是材料和套用器件研發、銷售一體化最典型的例子。GMM的套用涉及到很多領域，業界的有識之士和企業家應該具備戰略性的眼光，高瞻遠矚，對這－21世紀套用前景廣闊的功能材料的發展和套用有足夠的了解和認識，密切關注該領域的發展動態，加快其產業化進程，推動和扶植GMM套用器件的開發和套用。
