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智能材料與結(jié)構(gòu)是一種新型的高科技技術(shù)，也是一門(mén)綜合科學(xué)，它涉及材料、力學(xué)、物理、化學(xué)、電子、控制等多個(gè)學(xué)科。智能材料與結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景非常廣闊，有望在航空、航天、艦船、自動(dòng)控制等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。MFC壓電纖維復(fù)合材料就是一種新型的壓電智能材料。

傳統(tǒng)的壓電陶瓷片材料存在許多缺陷。例如：容易出現(xiàn)脆性斷裂，在處理和焊接時(shí)需要特別小心，無(wú)法應(yīng)用于應(yīng)變較大的場(chǎng)合。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，壓電陶瓷內(nèi)部容易出現(xiàn)微小裂紋，可靠性降低，且很難粘貼在表面彎曲的結(jié)構(gòu)上。壓電陶瓷片的這些缺點(diǎn)也限制了壓電陶瓷的廣泛應(yīng)用。鑒于這樣的原因，MFC壓電纖維復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)將壓電陶瓷材料與其它結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)異特性復(fù)合的方式，形成一個(gè)整體的執(zhí)行器或傳感器，彌補(bǔ)了單層壓電陶瓷片的不足。基于壓電復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，MFC也得到了廣泛的應(yīng)用。

圖、MFC驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

MFC壓電復(fù)合材料是將壓電陶瓷材料和柔性聚合物按一定的連通方式、一定的體積或重量比例以及一定的空間幾何分布制成的材料，兩種材料的復(fù)合可以使其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得既具有較強(qiáng)壓電特性，同時(shí)又具有良好韌性的綜合性能優(yōu)異的壓電材料。壓電復(fù)合材料不僅可以解決傳統(tǒng)技術(shù)中難于解決的問(wèn)題，而且其作用也是其他材料難以取代的。

MFC工作模式

MFC P1模式

MFC  P1 F1 S1型（d33效果），伸長(zhǎng)型

注：白色箭頭代表電場(chǎng)方向（極化方向），黑色箭頭表示形變方向。

P1型MFC，包括F1和S1型，利用d33效應(yīng)進(jìn)行促動(dòng)，如果在-500V至+ 1500V 的電壓下工作，則可延長(zhǎng)至1800ppm。P1型MFC也是非常靈敏的應(yīng)變傳感器。

MFC P2模式

MFC  P2 P3型（d31效果），收縮型

注：白色箭頭代表電場(chǎng)方向（極化方向），黑色箭頭表示形變方向。

P2和P3型MFC利用d31效應(yīng)進(jìn)行促動(dòng)，如果在-60V至+ 360V的電壓下工作，則收縮高達(dá)750ppm。P2和P3型MFC主要用于能量收集和應(yīng)變傳感器。

MFC應(yīng)用

目前MFC主要用于振動(dòng)傳感器和驅(qū)動(dòng)器，將MFC與結(jié)構(gòu)材料粘接在一起，通過(guò)自身的變形使結(jié)構(gòu)材料發(fā)生形變，也可以用來(lái)檢測(cè)結(jié)構(gòu)材料所受的外力作用。MFC可以產(chǎn)生相反的作用力來(lái)抵消外力作用，從而減小結(jié)構(gòu)材料的變形，即抑制振動(dòng)。

MFC產(chǎn)品參數(shù)