123,123

內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　本書(shū)以華中科技大學(xué)蘇彬教授近年來(lái)的研究成果為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地介紹了柔性磁電材料體系的概念、理論模擬、體系的三種工作原理及其在自供能感知與能源俘獲領(lǐng)域的應(yīng)用。首先，第1章介紹了柔性磁電材料體系的設(shè)計(jì)思路及其與國(guó)內(nèi)外其他力電轉(zhuǎn)換材料體系的比較。第2章介紹了利用Ansys Maxwell仿真軟件對(duì)各種柔性磁電材料體系的力電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行理論計(jì)算的原則和方法。隨后在第3～8章介紹了柔性磁電材料體系的三種工作原理及其典型器件。*后，第9、10章介紹了基于磁流體液滴的柔性磁電材料體系。其中，第8章內(nèi)容應(yīng)用于能源俘獲領(lǐng)域，其余章節(jié)內(nèi)容應(yīng)用于自供能感知領(lǐng)域。本書(shū)涵蓋了材料、工藝、器件應(yīng)用等多方面內(nèi)容，總結(jié)了著者2018年回國(guó)后*新的研究成果，既有理論分析，又有應(yīng)用擴(kuò)展。因此，本書(shū)可供各個(gè)工程領(lǐng)域人員閱讀，亦可作為在校師生的參考書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

　　蘇彬博士，華中科技大學(xué)，材料科學(xué)與工程學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師。“華中卓越學(xué)者計(jì)劃”特聘II崗；國(guó)家*“*-青年項(xiàng)目”獲得者（2018-2020，相當(dāng)于目前基金委的優(yōu)青（海外））；湖北省“百人計(jì)劃-青年項(xiàng)目”獲得者（2018-2020）；澳大利亞研究委員會(huì)早期職業(yè)研究員獎(jiǎng)（ARC-DECRA）獲得者（2014-2016）。1983年3月生于湖北省武漢市，畢業(yè)于上海交通大學(xué)，分別獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位（2005），工學(xué)博士學(xué)位（2009）。畢業(yè)后在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室江雷院士課題組從事博士后（2010），助理研究員（2011），副研究員（2012）工作。2014年在澳大利亞莫納什大學(xué)化工學(xué)院作為ARC-DECRA基金研究學(xué)者（2014），博士后研究學(xué)者（2017）工作。2018年加入華中科技大學(xué)。主要從事柔性磁電器件及其增材制造的研究。獲得*、國(guó)家自然基金委等多項(xiàng)基金項(xiàng)目資助。以第一作者或通訊作者在 Nat. Commun.， Adv. Mater.， JACS， Chem. Soc. Rev.， Nano Today， ACS Nano， Adv. Funct. Mater.， Nano Energy， Adv. Sci.， Chem. Mater.， Small， J. Mater. Chem. A 等SCI期刊上發(fā)表論文78 篇（其中影響因子大于10的文章46篇，ESI高被引文章2 篇）。研究成果相關(guān)引用 5800余次，H指數(shù)43（數(shù)據(jù)來(lái)源web of Science， 2022/1/29）。研究工作受到國(guó)際同行的高度關(guān)注，相繼被Nature China， Chemistry World， Materials Views 等網(wǎng)站或雜志以研究亮點(diǎn)的形式進(jìn)行了報(bào)道。以第一發(fā)明人申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)，授權(quán)10項(xiàng)。

圖書(shū)目錄

第1章緒論/1
1.1引言/1
1.2機(jī)電轉(zhuǎn)換自供能傳感器分類(lèi)與存在的問(wèn)題/2
1.2.1基于壓電效應(yīng)的自供能傳感器/2
1.2.2基于摩擦電效應(yīng)的自供能傳感器/4
1.2.3基于電磁感應(yīng)效應(yīng)的自供能傳感器/6
1.2.4機(jī)電轉(zhuǎn)換自供能傳感器存在的問(wèn)題/8
1.3柔性磁電材料體系的設(shè)計(jì)原理及分類(lèi)/9
1.4柔性磁電材料體系的研究進(jìn)展/12
1.5柔性磁電材料體系面臨的挑戰(zhàn)/17
第2章柔性磁電材料體系 Ansys Maxwell數(shù)值仿真分析/18
2.1引言/18
2.2磁粉/聚合物復(fù)合材料體系有限元等效模型的建立/19
2.3有限元仿真等效模型的驗(yàn)證/28
2.3.1準(zhǔn)確性驗(yàn)證/28
2.3.2形狀適用性驗(yàn)證/31
2.4有限元仿真等效模型對(duì)磁電傳感器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)/33
2.4.1磁性顆粒粒徑對(duì)輸出電壓的影響/33
2.4.2磁性顆粒粒子數(shù)對(duì)輸出電壓的影響/36
2.4.3磁性單元和導(dǎo)電單元之間的距離對(duì)輸出電壓的影響/39
2.5磁粉/聚合物復(fù)合體系的仿真模擬規(guī)律小結(jié)/40
第3章基于磁材料形變的磁電復(fù)合塊體/41
3.1磁電軟復(fù)合塊體傳感器的設(shè)計(jì)與制備/41
3.2實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器與方法/42
3.3磁電軟復(fù)合塊體傳感器的形貌結(jié)構(gòu)表征/43
3.4磁電軟復(fù)合塊體傳感器的力電轉(zhuǎn)換機(jī)理/45
3.5材料與器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/48
3.6磁電軟復(fù)合塊體傳感器的自供能傳感性能/52
3.7磁電軟復(fù)合塊體傳感器陣列/53
3.8磁電軟復(fù)合塊體傳感器在智能停車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用/55
柔性磁電材料體系：自供能感知與能源俘獲目錄第4章基于磁材料形變的磁電復(fù)合仿默克爾小體/57
4.1磁電復(fù)合仿默克爾小體傳感器的設(shè)計(jì)與制備/57
4.2實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器與方法/58
4.3磁電復(fù)合仿默克爾小體傳感器的數(shù)值仿真建模/58
4.4磁電復(fù)合仿默克爾小體傳感器的形貌結(jié)構(gòu)表征/61
4.5磁電復(fù)合仿默克爾小體傳感器的力電轉(zhuǎn)換機(jī)理/62
4.6材料與器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/65
4.7磁電復(fù)合仿默克爾小體傳感器在機(jī)器人觸覺(jué)傳感上的應(yīng)用/69
第5章基于導(dǎo)電材料形變的液態(tài)金屬基柔性磁電薄膜/72
5.1GLMA基柔性磁電薄膜的設(shè)計(jì)與制備/72
5.2實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器與方法/73
5.3GLMA基柔性磁電薄膜的形貌結(jié)構(gòu)表征/73
5.4GLMA基柔性磁電薄膜的力電轉(zhuǎn)換機(jī)理/75
5.5材料與器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/79
5.6GLMA基柔性磁電薄膜的應(yīng)力感知性能/83
5.7圖案化GLMA基柔性磁電薄膜傳感器/85
5.8GLMA基柔性磁電薄膜在可穿戴感知上的應(yīng)用/87
第6章基于導(dǎo)電材料形變的全柔性碳纖維織物基磁電體系/88
6.1碳纖維織物基磁電傳感器件的設(shè)計(jì)與制備/88
6.2碳纖維織物與軟磁復(fù)合物的形貌結(jié)構(gòu)表征/91
6.3碳纖維織物基磁電傳感器件的力電轉(zhuǎn)換性能及其機(jī)理/93
6.4軟磁復(fù)合物和碳纖維織物的參數(shù)對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/96
6.4.1軟磁復(fù)合物的磁含量對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/96
6.4.2軟磁復(fù)合物的內(nèi)徑對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/97
6.4.3碳纖維織物的厚度對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/99
6.4.4碳纖維織物基磁電傳感器的組裝方式對(duì)力電轉(zhuǎn)換
性能的影響/100
6.5全柔性碳纖維織物基磁電體系的高化學(xué)穩(wěn)定性/101
6.5.1碳纖維織物基磁電傳感器件在酸性環(huán)境下的穩(wěn)定性/101
6.5.2碳纖維織物基磁電傳感器件在堿性環(huán)境下的穩(wěn)定性/101
6.6碳纖維織物基磁電傳感器件在軟體機(jī)器人上的應(yīng)用/103
6.6.1碳纖維織物基全柔性軟體機(jī)器人的設(shè)計(jì)/103
6.6.2碳纖維織物基全柔性軟體機(jī)器人的充磁方式/104
6.6.3碳纖維織物基全柔性軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式/104
6.6.4碳纖維織物基全柔性軟體機(jī)器人的感知和識(shí)別功能/105
6.6.5碳纖維織物基全柔性軟體機(jī)器人的感知識(shí)別運(yùn)動(dòng)
一體化能力/105
6.6.6碳纖維織物基全柔性軟體機(jī)器人在水下酸性和堿性
環(huán)境中的應(yīng)用/107
第7章基于磁電材料相對(duì)距離變化的超疏水磁電體系/108
7.1超疏水液滴磁電發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、制備與標(biāo)準(zhǔn)/108
7.2超疏水液滴磁電發(fā)電機(jī)的形貌結(jié)構(gòu)表征/109
7.3超疏水液滴磁電發(fā)電機(jī)的力電轉(zhuǎn)換機(jī)理/113
7.4材料與器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/116
7.5超疏水液滴磁電發(fā)電機(jī)收集水滴的重力勢(shì)能和集水應(yīng)用/118
第8章基于磁電材料相對(duì)距離變化的柔性磁電織物體系/121
8.1磁性織物的織造與磁化/122
8.1.1磁性紗線(xiàn)的大規(guī)模制備/122
8.1.2磁性織物的織造過(guò)程/122
8.1.3磁性織物的磁化過(guò)程/122
8.2磁性織物的分析表征/124
8.2.1磁性織物的紡織性能測(cè)試/124
8.2.2磁性織物的磁性測(cè)試/126
8.3磁性織物的力電轉(zhuǎn)換性能測(cè)試/127
8.3.1磁性織物的力電轉(zhuǎn)換性能測(cè)試平臺(tái)的搭建/127
8.3.2不同參數(shù)對(duì)柔性磁電式織物發(fā)電體系電學(xué)性能的影響/127
8.4利用磁性織物制備磁電式發(fā)電衣物/131
8.4.1磁電式發(fā)電衣的縫制過(guò)程/131
8.4.2發(fā)電衣的電學(xué)性能/132
8.4.3發(fā)電衣的仿真模擬/132
8.5磁電式發(fā)電衣為可穿戴電子設(shè)備供能/135
8.5.1磁電式發(fā)電衣為小型用電器供電/135
8.5.2磁電式發(fā)電衣為超級(jí)電容充電/136
8.5.3磁電式發(fā)電衣和超級(jí)電容為對(duì)講機(jī)供電/137
8.5.4磁電式發(fā)電衣和超級(jí)電容為智能手環(huán)充電/137
第9章基于外力驅(qū)動(dòng)磁流體移動(dòng)的仿鯊魚(yú)皮水下超疏油磁電體系/139
9.1水下超疏油磁電俘能器件的設(shè)計(jì)、制備與表征/140
9.2仿鯊魚(yú)皮3D打印樣品的形貌結(jié)構(gòu)表征/142
9.3樣品表面對(duì)磁流體黏附性的表征/144
9.4仿鯊魚(yú)皮表面的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)水下超疏油和減阻性能的影響/146
9.4.1鱗片上相鄰肋條之間的距離對(duì)水下超疏油和減阻
性能的影響/147
9.4.2鱗片間的垂直(y軸)分布距離對(duì)水下超疏油和減阻
性能的影響/147
9.4.3鱗片的傾斜角度對(duì)水下超疏油和減阻性能的影響/150
9.5水下超疏油磁電俘能器件的力電轉(zhuǎn)換性能及其機(jī)理/153
9.5.1水下超疏油磁電俘能器件的力電轉(zhuǎn)換性能/153
9.5.2水下超疏油磁電俘能器件的力電轉(zhuǎn)換機(jī)理/155
9.6磁電俘能器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/158
9.7水下超疏油磁電俘能器件在收集滑動(dòng)機(jī)械能上的應(yīng)用/160
第10章基于磁流體的仿荷葉超疏水磁電體系/163
10.1仿荷葉超疏水磁流體發(fā)電機(jī)的制備與仿真建模/163
10.2仿荷葉超疏水磁流體發(fā)電機(jī)的形貌結(jié)構(gòu)表征/165
10.3仿荷葉超疏水磁流體發(fā)電機(jī)的力電轉(zhuǎn)換機(jī)理/166
10.4材料與器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力電轉(zhuǎn)換性能的影響/171
10.5仿荷葉超疏水磁流體發(fā)電機(jī)用于收集波浪能/177
參考文獻(xiàn)/179