磁流变效应是于1948年由美国工程师J.拉比诺首次发现。拉比诺在对铁磁性颗粒与水或油组成的混合液施加磁场后,发现一种奇特的效应,混合液会因磁场的存在立即凝固,从液态变为固态。拉比诺当时还设计了一套演示这种特殊效应的装置,利用该装置能吊起体重为117磅(约合53千克)的女士。
这种含有磁性颗粒的混合液被称为磁流变液,是最早研制出的一种磁流变材料,其黏度等流变性能在外磁场下发生快速变化的现象被定义为磁流变效应。磁流变液的出现拉开了磁流变材料研究的帷幕,受到了科研人员的广泛关注。
从磁流变材料出现至今,对磁流变材料性能的探索和研究也涵盖力学、物理学、化学、控制、机械等众多学科领域。而且磁流变材料从当初单一的磁流变液开始,经过几十年的发展,已形成一个完整的磁流变材料体系,也被归类为一种智能材料。通过使用不同性质的基体(液基、固基)材料,研制出了包括磁流变液、磁流变弹性体、磁流变胶以及磁流变塑性体等不同类型的磁流变材料,形成了一个独立的学科方向。
磁流变液是一种智能型的功能材料,它由微米或亚微米尺寸的软磁性颗粒均匀分散于液相中所构成。磁流变液在外加磁场作用下,会产生类似液‒固相变,其结果使整个悬浮体系的屈服应力和表观黏度有两三个数量级的变化。
磁流变弹性体是在磁流变液概念上发展起来的一类新型材料。通过物理或化学等手段,将微米级软磁性颗粒散布在黏塑性态的高分子聚合物基体中,固化后(一般在磁场下固化)形成的高弹性的复合材料即为磁流变弹性体。通过使用高分子聚合物来代替磁流变液液态基体,解决了磁流变液易沉降、稳定性差、颗粒易磨损和难密封等缺点。
磁流变胶、磁流变塑性体是介于磁流变液和磁流变弹性体之间的新型磁敏智能材料。其连续相是介于液体和弹性体之间的类固态体系,因此即使在无外加磁场的条件下也具有典型的黏弹性特征。与传统磁流变材料相比,最大的特点就是:颗粒在外加磁场作用下可以发生取向排列形成链状或柱状结构,而当磁场撤去后取向排列的颗粒链可以继续在基体中保留。
连续相(基体)和分散相(磁性颗粒)之间磁导率的差异是造成磁流变效应的主要原因。颗粒磁化模型(也就是磁偶极子模型)是普遍接受的用来解释磁流变液磁致效应的微结构模型。与磁流变液不同的是,在磁流变弹性体中橡胶基体会对磁性颗粒产生较强的约束作用,因此还要同时考虑颗粒的磁致力学性能,橡胶基体的黏弹性性能以及颗粒和基体之间的界面滑移效应,建立更加一般的磁流变弹性体力学模型。