超磁致伸缩材料微位移执行器原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:326

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出版时间:2008-5

价格:60.00元

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isbn号码:9787030222633

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• 材料
• 超磁致伸缩材料
• 微位移执行器
• 材料学
• 物理学
• 工程学
• 传感器
• 驱动器
• MEMS
• 智能材料
• 纳米技术

《超磁致伸缩材料微位移执行器原理与应用》 概述 本书深入探讨了超磁致伸缩材料在微位移执行器领域的原理与应用。超磁致伸缩材料，又称巨磁致伸缩材料，是指在磁场作用下，材料的形状或尺寸会发生显著变化的特殊合金。这种独特的磁学和力学耦合效应，使其在构建高精度、高响应的微位移执行器方面展现出巨大的潜力。本书旨在为读者提供一个全面而深入的理解，从基础理论到实际应用，全方位地解析这一前沿技术。 第一部分：超磁致伸缩材料的基础理论 本部分将系统性地介绍超磁致伸缩材料的核心科学原理。 磁致伸缩现象： 详细阐述磁致伸缩效应的物理本质，包括微观磁畴结构的变化、磁畴壁的移动以及反磁致伸缩效应等。通过深入分析磁致伸缩的微观机理，帮助读者建立对材料行为的深刻认识。 超磁致伸缩材料的种类与特性： 重点介绍目前主流的超磁致伸缩材料，如Terfenol-D（铈-镝-铁合金）和Gallfenol（镓-铁合金）等。分析它们的化学成分、晶体结构、磁学特性（如饱和磁化强度、矫顽力、磁导率）以及力学特性（如杨氏模量、泊松比）。强调不同材料在不同应用场景下的适用性。 驱动机理与应力-磁场耦合： 深入解析超磁致伸缩材料在外部磁场作用下的形变机理。详细介绍磁畴排列、磁畴壁运动如何转化为宏观形变。重点阐述应力与磁场之间的耦合关系，以及如何通过控制外部磁场来精确调控材料的位移，实现纳米级甚至皮米级的微位移。 影响因素分析： 讨论影响超磁致伸缩材料性能的多种因素，包括温度、应力、磁场频率、磁滞回线等。分析这些因素对材料形变量、响应速度、能量转换效率的影响，为实际应用中的参数优化提供理论指导。 热力学模型与本构关系： 引入描述超磁致伸缩材料行为的热力学模型和本构方程，如磁弹耦合模型。通过数学建模，定量地描述材料的应力-应变-磁场关系，为执行器的设计和仿真提供必要的工具。 第二部分：超磁致伸缩微位移执行器的设计与制造 本部分将聚焦于如何将超磁致伸缩材料转化为实际的微位移执行器。 执行器结构设计： 介绍不同类型的超磁致伸缩微位移执行器结构，包括压电式、梁式、膜式、圆筒式等。分析各种结构的优点和缺点，以及它们在位移放大、力输出、安装方式等方面的差异。 驱动线圈与磁场生成： 详细阐述驱动线圈的设计原则，包括线圈匝数、导线直径、绕制方式等，以及如何通过优化线圈设计来产生均匀、强度的驱动磁场。讨论闭环控制系统如何通过反馈来提高定位精度。 预应力加载与偏置磁场： 解释预应力加载和偏置磁场对提升材料工作线性度、位移范围和响应速度的重要作用。介绍不同的预应力施加方式和偏置磁场生成方法。 集成与封装技术： 探讨如何将超磁致伸缩执行器与其他部件（如传感器、控制电路）进行有效集成，并进行可靠的封装。分析封装材料的选择原则，以及如何确保执行器在复杂环境下的稳定工作。 制造工艺与挑战： 介绍超磁致伸缩执行器的制造流程，包括材料加工、线圈绕制、组装与调试等。讨论在制造过程中可能遇到的技术挑战，如材料的脆性、加工精度要求、可靠性等，并探讨相应的解决方案。 第三部分：超磁致伸缩微位移执行器的性能表征与测试 本部分将详细介绍如何对超磁致伸缩微位移执行器的性能进行评估。 位移测量技术： 介绍各种用于测量微位移的精密仪器和技术，如激光干涉仪、电容式传感器、光学显微镜等，并分析其精度和适用范围。 性能参数测试： 详细讲解如何测试执行器的关键性能参数，包括： 位移量与精度： 测量在不同驱动磁场下的最大位移量、分辨率以及重复定位精度。 响应速度： 测试执行器从施加驱动信号到达到目标位移所需的时间，包括上升时间和下降时间。 刚度与力输出： 测量执行器在不同位移下的输出刚度以及最大输出力。 带宽： 确定执行器能够稳定工作的频率范围。 可靠性与寿命： 进行长期运行测试，评估执行器的稳定性、耐久性和疲劳寿命。 能量效率： 分析驱动过程中的能量损耗，并探讨提高能量转换效率的方法。 失效模式分析： 讨论执行器可能出现的失效模式，如材料疲劳、线圈烧毁、封装失效等，并分析其原因。 第四部分：超磁致伸缩微位移执行器的应用领域 本部分将广泛介绍超磁致伸缩微位移执行器在各个领域的实际应用。 精密定位与微操作： 光学仪器： 用于光学显微镜的聚焦调整、光路偏转、自适应光学系统等。 半导体制造： 在光刻机、晶圆搬运、芯片检测等环节实现高精度定位。 科学研究： 用于扫描隧道显微镜（STM）、原子显微镜（AFM）的探针定位，以及微纳尺度的实验操控。 流体控制与微泵： 微流控芯片： 精确控制微小液体流量，实现药物输送、细胞分选等。 微型泵： 用于医疗设备、实验室分析仪器等，实现无阀式微流体输送。 振动控制与隔振： 精密设备减振： 应用于高精度仪器，有效抑制外部振动对测量结果的影响。 结构健康监测： 用于监测和控制结构的振动，提高工程结构的安全性。 声学与超声应用： 换能器： 作为超声波发生器和接收器，用于医疗成像、无损检测等。 传感器： 用于检测声波信号，实现声学测量。 其他新兴应用： 触觉反馈技术： 在虚拟现实和增强现实设备中提供逼真的触觉感受。 医疗器械： 用于手术机器人、内窥镜等设备中的微创操作。 航空航天： 在微调姿态、机构驱动等领域发挥作用。 结论与展望 本书最后将总结超磁致伸缩微位移执行器的优势和不足，并对未来的发展趋势进行展望。重点分析材料科学、驱动技术、控制算法以及集成制造等方面的研究方向，例如开发新型超磁致伸缩材料、提高能量转换效率、实现更高级别的智能化控制等。 本书适合于材料科学、机械工程、电子工程、光学工程、自动化以及相关领域的科研人员、工程师、研究生以及对该领域感兴趣的读者。通过阅读本书，读者将能够全面掌握超磁致伸缩材料微位移执行器的核心知识，并能够将其应用于实际的工程设计与技术开发中。

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这本书的文字风格是那种沉稳而富有力量感的，读起来让人心静神宁，专注于内容本身。作者的叙事节奏掌握得非常好，不会因为内容的艰深而让人产生畏难情绪。有时候，我会停下来，反复琢磨某个段落的措辞，发现其中蕴含着对材料行为的深刻理解和对物理本质的精准把握。它不仅仅是在描述“是什么”，更是在解释“为什么会这样”，这种探究根本原因的写作方式，极大地提升了读者的批判性思维能力。我敢说，任何想要在这个领域做出实质性贡献的人，都应该反复研读这本书，从中汲取那种严谨求是的科学精神。这本书无疑是一部可以伴随职业生涯成长的工具书。

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说实话，市面上关于先进功能材料的书籍汗牛充栋，但很多都停留在概念层面，缺乏实际操作的指导性。而我翻阅这本大部头时，惊喜地发现它在“应用”这一块的着墨非常重。它没有回避实际工程中遇到的挑战，反而坦诚地分析了不同工况下材料性能的局限性以及相应的优化策略。这种脚踏实地的态度，让我对书中的内容信服力倍增。尤其是那些关于制造工艺和性能测试的章节，信息量大得惊人，提供了大量的实用参数和案例分析，对于我们这些需要将理论转化为产品的工程师来说，无疑是极大的帮助。它成功地架起了从基础物理到工程实现的桥梁，这一点非常难能可贵。

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这本书的装帧质量堪称一流，纸张的厚度和光洁度都恰到好处，阅读体验极佳。更难能可贵的是，它在探讨技术细节时，那种深入骨髓的洞察力令人印象深刻。我注意到作者在某些关键公式的推导部分，并没有简单地罗列结果，而是非常详尽地展示了每一步是如何得出的，这对于想要进行二次开发或者理论深化的研究者来说，简直是如获至宝。那种不遗余力的知识传授精神，体现了作者的大家风范。阅读过程中，我感觉自己仿佛置身于一个顶尖实验室，面对面聆听一位经验丰富的大师的讲解，每一个技术点都被剖析得淋漓尽致，让人茅塞顿开。这种高质量的学术著作，绝对是书架上不可或缺的珍藏。

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哇，这本书的封面设计简直太吸引人了！那种深邃的蓝色背景，配上复杂的物理模型图，一下子就把我带入了一个充满科技感的未来世界。我拿到书的时候，第一感觉就是“专业”，但翻开目录后发现，作者的编排思路非常清晰，从基础理论到前沿应用，层层递进，逻辑性极强。我特别喜欢它在介绍一些复杂概念时所采用的类比和图示，即便是初次接触这个领域的读者，也能很快抓住核心思想。这本书不仅仅是知识的堆砌，更像是一本精心设计的学习路径图，引导你一步步深入探索材料科学的奥秘。那种严谨的学术态度和对细节的极致追求，让人感觉作者真的是在这个领域深耕多年，积累了宝贵的经验。我期待着能在这本书里找到解决我目前研究中遇到的瓶颈的灵感。

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最让我感到兴奋的是，这本书展现了高度的前瞻性。它不仅梳理了该领域成熟的技术体系，更对未来可能的发展方向进行了审慎的展望和探讨。在讨论到一些新兴的交叉学科问题时，作者的视野开阔，引用的文献既权威又新颖，让人看到了这个学科的蓬勃生机。我感觉自己手中的不仅仅是一本技术手册，更是一张通往未来科技蓝图的索引。它激发了我对未知领域的好奇心，鼓励我去思考如何突破现有的技术瓶颈，开创新的应用场景。对于渴望走在技术前沿的读者而言，这本书提供的思维激发作用，其价值甚至超过了其中具体的知识点本身。这绝对是一部能引领潮流的力作。

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