發展史
1973年美國的Clark博士等成功發現了Tb0.27Dy0.73Fe2的磁晶各向異性常數K1≈-0.16×10J/m，多晶材料在2×10kA/m的磁場下就可以飽和磁化，飽和磁致伸縮係數達1000ppm，而單晶飽和磁致伸縮系數λ111=1620ppm，λ100≤100ppm。這種三元稀土化合物現在由美國Edge Technologies公司實現了商業化生產，其商品牌號為Terfenol-D，通用的表達式為TbxDy1-xFe2-y，其中的x, y可以在一定的範圍內變化，就有可能獲得不同磁致伸縮性能的材料。目前稀土超磁致伸縮材料的套用開發工作在世界上許多公司進行，除美國的Edge Technologies公司外，還有瑞典的FeredynAB公司，日本的Toshiba公司，英國的Johnson Matthey公司等。
與壓電材料和傳統的磁致伸縮材料相比具有以下特點：Terfenol-D飽和磁致伸縮應變很大，比鎳大40~50倍，比PZT壓電陶瓷大5~8倍，故在低頻下可使得水聲換能器獲得很高的體積速度和聲源級；能量密度高，比鎳大400~500倍，比PZT壓電陶瓷大10~14倍；磁機械耦合係數大，有利於換能器的寬頻高頻率工作；聲速低，比鎳小3倍，約為壓電陶瓷的一半，有利於換能器小型化設計；居里點溫度高。對大功率而言，即使是瞬間過熱都會導致PZT壓電陶瓷的永久性極化完全消失，而Terfenol-D工作到居里溫度以上只會使其磁致伸縮特性暫時消失，冷卻到居里溫度以下，其磁致伸縮特性可完全恢復，故無過熱失效問題。Terfenol-D與純鎳及PZT壓電陶瓷的性能對比如表1所示。
表1 Terfenol-D與純鎳及PZT物理性能對比
| 性能參數 | Terfenol-D | 純鎳 | 壓電陶瓷 | |
| Tb0.27Dy0.73Fe1.93 | >98%Ni | PZT-4 | PZT-8 | |
| 楊氏模量(GPa) | 26.5 | 206 | 113 | 111 |
| 聲速(m/s) | 1690 | 4900 | 4150 | 4500 |
| 居里溫度(℃) | 387 | 354 | 300 | 300 |
| 伸縮係數(×10) | 1500~2000 | -40 | 400 | 250 |
| 機電耦合係數 | 0.72 | 0.16~0.25 | 0.68 | 0.5~0.6 |
| 動態伸縮係數(nm/A) | 1.7 | -- | -- | -- |
| 動態伸縮係數(nm/V) | -- | -- | 0.496 | 0.225 |
| 相對磁導率 | 9.3 | 60 | -- | -- |
| 磁彈密度(J/m) | 14000~25000 | 30 | 960 | 2500 |
以Terfenol-D為代表的稀土超磁致伸縮材料自發明以來，其製造工藝不斷完善，性能不斷提高，成本不斷降低，套用領域不斷擴大，市場迅速發展，在軍民兩用高技術領域顯示器出廣闊的套用前景。然而Terfenol-D 也有許多缺點，如材料的脆性，產生應變需較大的磁場及在高頻使用範圍中渦流的產生等。材料的脆性限制了較大應力特別是拉應力的套用，如Terfenol-D 在阻尼和能量吸收方面具有顯著的特性，在一次循環使用中可以吸收80%的機械能，但材料的較低抗拉強度限制了材料在能量吸收方面的套用；渦流的產生限制了其在高頻領域的套用。
為拓寬稀土超磁致伸縮材料使用工作頻率，改善其綜合機械性能，1983年Clark首先提出了用粘接樹脂製備複合材料的方法，但未公開其實驗結果。1994年
瑞典學者Sandlund和英國學者R.Angulo等人分別正式公開提出用粘接法製備超磁致伸縮複合材料GMPC(Giant Magnetostriction Powder Composite)，即用Terfenol-D粉末與聚合物粘結劑混合壓製成複合材料。實驗證明，非磁致伸縮粘結劑的加入會降低材料的密度和磁致伸縮性能，然而材料的其它性能則得到極大的改善。絕緣性樹脂聚合物的加入包圍了Terfenol-D顆粒，割斷了渦流損耗，同時增大了材料的電阻，從而使其高頻性能得到極大的提高；此外複合材料的可加工性能非常好，可以製造成多種複雜形狀；材料的拉伸性能也得到一定的改善。最重要的是，複合材料仍可產生巨大的磁致伸縮現象。Roberts 等人的研究工作探討了該項技術的潛在優越性。Sandlund 等人的研究表明GMPC 的磁致伸縮性能可與Terfenol-D 相抗衡。以Sandlund採用高聚物粘結法製作的牌號為MAGMEK91的超磁致伸縮複合材料為例，其性能與常規的Terfenol-D(MAGMEK86)棒材的性能比較如表2所示。
表2 GMPC與常規的Terfenol-D的性能參數比較
| 性能參數 | GMPC | Terfenol-D |
| MAGMEK91 | MAGMEK86 | |
| 飽和磁致伸縮(×10) | 1100 | 1500 |
| 抗壓強度(MPa) | 250 | 300 |
| 抗拉強度(MPa) | 120 | 28 |
| 聲速(m/s) | 1740 | 1720 |
| 楊氏彈性模量(GPa) | 22 | 26.5 |
| 密度(×10Kg/m) | 7.3 | 9.1 |
| 電阻率(×10Ω·m) | 10000 | 0.6 |
由表可見GMPC表現出較大的電阻率，說明在高頻下其渦流損耗較小；其拉應力是Terfenol-D棒材的4倍，聲速較接近，楊氏彈性模量和壓應力稍低。同時對Terfenol-D複合材料的磁致伸縮係數、彈性模量以及磁機械耦合係數的研究發現，在低頻下，複合材料的磁致伸縮可達到1100ppm，而Terfenol-D棒的飽和磁致伸縮為1500ppm，其飽和磁致伸縮降低了30%。樹脂基磁致伸縮材料為人類提供了嶄新的智慧型材料。這已成為Terfenol-D超磁致伸縮材料的一個新的發展方向。
