一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构制造技术

一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构，包括由导磁金属制成的基板，包覆在基板上表面的由高弹性的高分子材料制作的外壳，设置在外壳内将外壳与基板围成的腔体分隔成上腔体和下腔体的由高弹性的高分子材料制作的中间隔层以及设置在基板下表面的由导磁金属制成的电极，所述上腔体为磁粉腔，下腔体为气体腔；将带有正电荷的纳米磁粉填充物填充满磁粉腔，同时在气体腔内填充气体，形成一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构；该吸能结构具有优良的耐用性，并可有效应对不同的振动和冲击情况，从而实现针对不同场合的能量可控可调；该磁力互斥互吸型纳米吸能结构制造简单，成本低廉，调节性好，在各种工业场合具有广阔的应用前景。

An Energy Controllable Magnetic Exclusion and Mutual Absorption Nanostructure

【技术实现步骤摘要】
一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构
本技术涉及一种吸能结构，具体涉及一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构。
技术介绍
工业生产中很多地方会产生较强的冲击和振动，如果不对这些冲击和振动进行处理吸收，将会对工业设备的正常使用造成巨大影响。在不同的工业场合，冲击和振动的大小和频率都是不同的，这些地方对缓冲冲击用的高性能吸能材料或结构提出了更高的要求。目前在工业领域内最常使用的吸能缓冲结构为可实现较大弹性变形的结构，如减震垫、弹簧、板簧、碟簧或其他多孔结构。而在能源动力、船舶以及汽车制造等领域，研究人员多使用蜂窝夹芯结构来吸收冲击所带来的能量，从而达到保护目标结构的目的。这种蜂窝夹芯结构在受到大冲击的时候会发生坍塌破碎，不能自动恢复成原状态。当这种蜂窝夹芯结构受到多次冲击后，内部结构将会彻底失效，从而失去减振吸能的效果。在多次冲击后，轻者该蜂窝夹芯结构破损失效，重者会导致工业设备受到严重冲击而引发生产事故，给国家和人民造成巨大损失。优良的吸能结构应该具有以下特性：1.能量可控。针对不同大小和频率的冲击，能够转换不同的吸能方式，使其有效应对不同工况的冲击。2.耐用性。优良的吸能结构应该具有足够的耐用性，在受到多次冲击后，其吸能效果不会降低。3.可自动恢复。在受到多次冲击后，内部结构不会发生破损，且当载荷卸载后能够自动恢复。4.多重吸能效果。吸能效果具有多重性，采用不同的吸能方式组合吸能，提高吸能的高效性和对不同工业设备吸能的适应性。为了保证机械工业设备的安全工作，研究一种耐用性高，并可控制能量吸收情况的新型吸能结构具有重要意义。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本技术的目的在于提供一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构，该磁力互斥互吸型纳米吸能结构具有优良的耐用性，并可有效应对不同的振动和冲击情况，从而实现针对不同场合的能量可控可调；该磁力互斥互吸型纳米吸能结构制造简单，成本低廉，调节性好，在各种工业场合具有广阔的应用前景。为了达到以上目的，本技术采用如下技术方案：一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构，包括由导磁金属制成的基板3，包覆在基板3上表面的由高弹性的高分子材料制作的外壳1，设置在外壳1内将外壳1与基板3围成的腔体分隔成上腔体和下腔体的由高弹性的高分子材料制作的中间隔层2以及设置在基板3下表面的由导磁金属制成的电极4，所述上腔体为磁粉腔5，下腔体为气体腔6；将带有正电荷的纳米磁粉填充物填充满磁粉腔5，同时在气体腔6内填充气体，形成一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构。所述高弹性的高分子材料为高分子改性橡胶或纤维增强橡胶。所述导磁金属为钢或铁。所述带有正电荷的纳米磁粉填充物为纳米三氧化二铁磁粉、纳米四氧化三铁磁粉或纳米二氧化铬磁粉。所述气体腔6内填充的气体为氢气、氮气或空气。所述外壳1的形状为半椭球形、鼓形、半球形或四面体形。和现有技术相比，本技术具有以下优点：1.能量可控。通过控制施加在电极4上的电荷数量，可控制纳米磁粉和电极4之间排斥力的大小，从而控制能力的吸收情况。2.耐用性。该磁力互斥互吸型纳米吸能结构具有足够的耐用性，在受到多次冲击后，其吸能效果不会降低。3.多重吸能效果。该吸能结构的吸能效果具有多重性，采用不同的吸能方式组合吸能，提高吸能的高效性和对不同工业设备吸能的适应性。4.通过改变电极4上的电荷数量和类型、外壳的形状、纳米磁粉的填充量、气体腔的大小等参数，可以有效控制该吸能结构的吸能效果，使得其可以广泛应用于各类碰撞保护。5.由于采用了磁力互斥互吸原理，在大变形情况下，内部结构依然不会产生破裂，且在卸载后可迅速恢复。而磁粉的磁性可一直保持，因此可长久使用。如果因发生特殊情况而磁力减弱，也只需要对磁粉进行充磁就可以了。6.当在电极4上释放负电荷时，带有正电荷的纳米磁粉填充物将向基板3靠近，从而使吸能结构的高度降低，给机械设备的工作提供空间。附图说明图1是本技术电极上充正电荷时的示意图。图2是本技术受到冲击时的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本技术做进一步详细说明。下面首先对本技术的原理和工作过程做如下说明：如图1所示，本技术一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构，包括由导磁金属制成的基板3，包覆在基板3上表面的由高弹性的高分子材料制作的外壳1，设置在外壳1内将外壳1与基板3围成的腔体分隔成上腔体和下腔体的由高弹性的高分子材料制作的中间隔层2以及设置在基板3下表面的由导磁金属制成的电极4，所述上腔体为磁粉腔5，下腔体为气体腔6；将带有正电荷的纳米磁粉填充物填充满磁粉腔5，同时在气体腔6内填充气体，形成一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构。作为本技术的优选实施方式，所述高弹性的高分子材料为高分子改性橡胶或纤维增强橡胶。作为本技术的优选实施方式，所述导磁金属为钢或铁。作为本技术的优选实施方式，所述带有正电荷的纳米磁粉填充物为纳米三氧化二铁磁粉、纳米四氧化三铁磁粉或纳米二氧化铬磁粉。作为本技术的优选实施方式，所述气体腔6内填充的气体为氢气、氮气或空气。作为本技术的优选实施方式，所述外壳1的形状为半椭球形、鼓形、半球形或四面体形。该磁力互斥互吸型纳米吸能结构可有效吸收冲击能量。在没有冲击时，电极4上释放负电荷，负电荷与正电荷会产生吸力，在负电荷的作用下，带有正电荷的纳米磁粉填充物将向基板3靠近，从而使吸能结构的高度降低，此为非工作状态。如图1所示，当该磁力互斥互吸型纳米吸能结构遭受冲击时，电极4上释放正电荷，在正电荷的作用下，带有正电荷的纳米磁粉填充物将远离基板3，如图2所示，遭受冲击时，冲击又会迫使这些带有正电荷的纳米磁粉填充物靠近基板3，此时，纳米磁粉填充物就会与电极4之间产生排斥力，随着纳米磁粉填充物靠近基板3，排斥力会越来越大，这些排斥力在纳米磁粉填充物靠近基板3的时候有助于吸收冲击能量，通过控制施加在电极4上的负电荷的多少可直接控制纳米磁粉填充物和电极4之间排斥力的大小，从而控制能力的吸收情况，实现能量可控。此外，在承受冲击的过程中，外壳1的高弹性的高分子材料也会发生变形，从而吸收一部分冲击能量。在气体腔5内的气体在纳米磁粉靠近基板3的过程中被压缩，从而也会吸收一部分冲击能量。而制作基板3所用的金属在承受大冲击时也会发生变形，从而吸收一部分冲击能量。纳米磁粉填充物在承受冲击的过程中会发生相对流动，流动过程中产生的摩擦阻力也有助于吸收冲击能量。该磁力互斥互吸型纳米吸能结构在吸能时的功能关系可表示如下:E＝E1+E2+E3+E4+E5+E6+E7式中:E-总吸能；E1-纳米磁粉填充物靠近电极4的排斥力吸能；E2-纳米磁粉填充物的摩擦吸能；E3-气体腔6在受到压缩时吸能；E4-由高弹性的高分子材料制作的外壳1和中间隔层2在受到冲击时的变形吸能；E5-基板3所用的金属材料变形吸能。从公式中可以看出，该磁力互斥互吸型纳米吸能结构具有多种吸能效果，吸能效果显著，在工业领域内具有较强的适应性，应用前景广阔。实施例一本实施例一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构，包括由高分子改性橡胶制作的外壳1和中间隔层2，由铁制成的基板3和电极4，外壳1和中间隔层2共同围成磁粉腔5，外壳1、中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构，其特征在于：包括由导磁金属制成的基板(3)，包覆在基板(3)上表面的由高弹性的高分子材料制作的外壳(1)，设置在外壳(1)内将外壳(1)与基板(3)围成的腔体分隔成上腔体和下腔体的由高弹性的高分子材料制作的中间隔层(2)以及设置在基板(3)下表面的由导磁金属制成的电极(4)，所述上腔体为磁粉腔(5)，下腔体为气体腔(6)；将带有正电荷的纳米磁粉填充物填充满磁粉腔(5)，同时在气体腔(6)内填充气体，形成一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构。

【技术特征摘要】
1.一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构，其特征在于：包括由导磁金属制成的基板(3)，包覆在基板(3)上表面的由高弹性的高分子材料制作的外壳(1)，设置在外壳(1)内将外壳(1)与基板(3)围成的腔体分隔成上腔体和下腔体的由高弹性的高分子材料制作的中间隔层(2)以及设置在基板(3)下表面的由导磁金属制成的电极(4)，所述上腔体为磁粉腔(5)，下腔体为气体腔(6)；将带有正电荷的纳米磁粉填充物填充满磁粉腔(5)，同时在气体腔(6)内填充气体，形成一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构。2.根据权利要求1所述的一种能量可控的磁力互斥互吸型纳米吸能结构，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓晓彬，陈友龙，陈曦，闫渊，
申请(专利权)人：西安鸿钧睿泽新材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61