Special Topics in the Theory of Piezoelectricity pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Yang, Jiashi 编

出品人:

页数:344

译者:

出版时间:2009-8

价格:$ 213.57

装帧:

isbn号码:9780387894973

丛书系列:

图书标签:

• Piezoelectricity
• Material Science
• Solid State Physics
• Electromagnetism
• Crystals
• Physics
• Engineering
• Applied Physics
• Materials Properties
• Acoustics

《压电理论中的特种课题》 一、本书内容概述 《压电理论中的特种课题》一书，旨在深入探讨压电现象背后更为精深和前沿的理论问题，以及那些在经典压电学框架下较少被详细阐述的特殊分支。全书并非对压电现象进行全面的基础性介绍，而是聚焦于学术研究中具有挑战性、高度专业化且极具发展潜力的议题。本书的读者对象为在材料科学、固体物理、微电子工程、声学工程以及相关交叉学科领域有扎实理论基础的研究生、博士后以及资深研究人员。 本书的结构设计严谨，逻辑清晰，从理论的深度和广度出发，逐步展开对压电理论中一系列“特种课题”的分析。这些课题往往涉及多物理场耦合、非线性效应、新型材料体系以及特定应用场景下的复杂行为。本书力求在理论推导、数学模型构建、数值模拟方法以及实验验证等多个维度上，为读者提供一套系统而深入的认识。 二、核心章节内容详解 第一部分：高级压电本构关系与多尺度建模 非线性压电效应的微观根源与宏观刻画： 本部分将超越线性的压电耦合关系，深入研究材料在强电场、大应变作用下的非线性行为。内容将涵盖： 晶体学角度的非线性： 分析材料内部晶格畸变、位错运动、畴壁动力学等微观机制如何导致宏观非线性压电响应。例如， ferroelectric materials 的畴翻转过程，如何通过二阶、三阶弹性常数和压电常数来描述。 连续介质理论下的非线性本构： 建立更高阶的压电本构方程，考虑应力、应变、电场、电位移之间的非线性耦合项。讨论如何利用 Taylor 展开或更复杂的函数形式来近似描述这些非线性关系。 非线性效应的实验表征与参数提取： 介绍先进的实验技术，如大应变加载下的压电测量、非线性声学实验等，以及如何从实验数据中精确提取非线性本构参数。 多尺度压电耦合建模： 面对实际工程应用中，压电材料往往以复杂结构或复合材料的形式存在，其宏观性能取决于微观结构和纳米尺度的行为。本部分将重点探讨： 微观结构对压电性能的影响： 例如，晶粒尺寸、晶界、孔隙、第二相粒子等对宏观压电系数、介电常数、弹性模量等参数的影响。 多尺度建模方法： 介绍从第一性原理（如密度泛函理论 DFT）计算得到材料的基本压电常数，再通过分子动力学（MD）模拟考虑缺陷和界面效应，最终推广到有限元方法（FEM）进行宏观结构的行为预测。 界面与边界条件处理： 讨论在不同尺度下，界面电荷、应力边界条件的准确处理对模型精度的重要性。 第二部分：特殊压电材料体系与新效应 新型压电陶瓷与聚合物的理论解析： 聚焦于当前研究热点，如： 无铅压电陶瓷： 深入分析 Bi 基金属氧化物、碱金属铌酸盐等无铅压电陶瓷的结构-性能关系，探讨其高压电性能的起源，如相变诱导的软化效应、固溶强化机制等。 柔性压电聚合物： 针对 PVDF 及其共聚物，解析其分子链构象、结晶度、极化处理对压电性能的调控机理。讨论如何通过结构设计和复合化来提升其性能。 压电单晶与外延薄膜： 深入研究 PMN-PT、PZN-PT 等压电单晶的弛豫铁电特性，以及外延薄膜生长过程中应力、界面效应如何影响压电行为。 压电效应与其它物理场的耦合： 压电-热效应（热电致伸缩）： 探讨压电材料在温度变化下的形变以及温度梯度对压电性能的影响。分析其在热电能量收集和温度传感器方面的应用潜力。 压电-磁效应（磁致伸缩耦合）： 深入研究压电材料与磁性材料（如铁氧体、磁致伸缩合金）的复合，产生“二阶”的压电-磁耦合效应。解析其在传感器、致动器和能量转换器件中的应用。 压电-光学效应（电光与光弹性）： 分析压电材料在电场作用下的光学性质变化，以及应力对光传播的影响。讨论其在光调制器、声光器件和光学传感器的应用。 多铁性材料中的压电耦合： 探讨同时具有铁电、铁磁、铁弹等特性的多铁性材料，其压电效应与其他铁性耦合时的复杂行为，以及在高密度信息存储和逻辑器件中的潜在应用。 第三部分：压电器件的先进理论分析与设计 能量采集与转换的理论极限： 压电能量采集器（PEH）的优化设计： 针对不同激励源（振动、冲击、声波），从理论上分析能量转换效率的影响因素，如阻抗匹配、谐振频率、材料选择、器件结构等。 压电能量存储与管理： 讨论如何将收集的电能进行有效存储（如超级电容器）和管理，并为低功耗电子设备供电。 压电驱动器的非线性动力学与稳定性： 高精度压电驱动器的理论建模： 考虑滞后、蠕变、饱和等非线性效应，建立精确的驱动器动力学模型，用于实现高精度定位和运动控制。 颤振与失稳分析： 在高频或大功率工作条件下，压电驱动器可能出现颤振或失稳现象，本部分将进行理论分析和预测。 压电传感器的噪声抑制与信号处理： 传感器噪声的来源与模型： 分析热噪声、闪烁噪声、电荷跳变噪声等在压电传感器中的表现。 先进信号处理技术： 介绍自适应滤波、最小均方算法（LMS）、递归最小二乘算法（RLS）等信号处理方法，用于抑制噪声，提高传感器信噪比。 压电超声波换能器的设计与声场模拟： 先进压电陶瓷在超声波换能器中的应用： 分析高性能压电陶瓷（如 PZT、PMN-PT）如何用于制造高频、宽带、高功率的超声波换能器。 复杂声场模拟与优化： 利用数值模拟技术（如有限元法、边界元法）精确模拟超声波在介质中的传播，优化换能器设计以实现聚焦、成像等功能。 第四部分：压电理论的前沿进展与未来展望 量子压电效应： 探讨在纳米尺度下，量子力学效应如何影响压电行为，例如量子点、二维材料中的压电效应。 生物医学压电材料与应用： 介绍压电材料在生物传感器、药物输送、骨组织工程等领域的应用，以及生物相容性、体内稳定性等问题。 人工智能与机器学习在压电材料设计与器件优化中的应用： 讨论如何利用 AI 和 ML 方法加速新材料的发现、预测材料性能、优化器件设计参数，以及实现智能控制。 压电材料在智能结构与物联网中的角色： 展望压电材料在自供能传感器网络、智能蒙皮、结构健康监测等方面的广阔应用前景。 三、本书的贡献与特色 深度与前沿性： 本书并非基础压电学教材，而是精选了当前学术界最为关注和最具挑战性的“特种课题”，为读者提供深入的理论分析和前沿的知识。 理论与应用并重： 在深入探讨理论的同时，本书也紧密结合了前沿的材料体系和实际的器件应用，使得理论研究更具指导意义。 跨学科视角： 融合了材料科学、固体物理、电磁学、力学、声学、光学等多个学科的知识，为解决复杂工程问题提供了多维度的视角。 严谨的数学推导与模型构建： 在理论阐述中，注重数学模型的严谨性，并尽可能提供详细的推导过程。 启发研究方向： 本书旨在激发读者对压电理论更深层次的思考，并为他们的研究提供新的思路和方向。 《压电理论中的特种课题》一书，将为广大压电领域的研究者提供一份宝贵的技术参考和理论指南，助力他们在不断发展的压电科学和技术领域取得新的突破。

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