納米多孔金屬“力電轉換”性能的實驗與理論研究

《納米多孔金屬“力電轉換”性能的實驗與理論研究》是依託北京航空航天大學，由邵麗華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米多孔金屬“力電轉換”性能的實驗與理論研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：邵麗華
• 項目類別：面上項目

項目摘要

納米多孔金屬具有極高的比表面積，導電性、力學性能良好等優異特性使其具有廣泛的套用。申請人通過預研實驗觀測到：溶液中的納米多孔金，在周期變化的外力作用下能輸出與外力頻率相同的電信號。納米多孔金這種將力的信號轉變為電信號的“力電轉換”性能，使其在振動感測方面有重要的潛在套用價值，但這一全新物理現象的變化規律和機理尚不清楚。本項目擬通過實驗測量和理論分析，揭示和描述納米多孔金屬在溶液中時，外力作用下產生的變形引起的表面應力變化與其表面電荷密度變化的定量關係和物理機制。研究超音波場中多孔金屬表面應力產生和變化機理，得到超音波與輸出電信號的定量關係。並通過對材料幾何尺寸、吸附狀態等因素的調控，為納米多孔結構材料的功能化設計提供理論基礎和實驗驗證。本研究對於揭示納米多孔導電材料“力電轉換”行為的物理機制、量化感測效應及控制因素、開發能在不同領域套用的高靈敏度新型振動與超聲感測器件的研製都具有重要意義。

結題摘要

壓電材料被廣泛利用，其正壓電和逆壓電現象聯繫了“力”和“電”間的關係。然而眾所周知，金屬卻不具備“壓電現象”。本項目以納米多孔金屬這一具有極高的比表面積，導電性、力學性能良好等優異特性的材料為研究對象，研究其“力/電轉換”的性能。項目已按原計畫完成如下工作：首先實驗研究了納米多孔金的將力的信號轉變為電信號的“力電轉換”性能。同樣的樣品，先施加往復變化的電信號，測量其應變；然後施加往復變化的載荷，測量其電信號輸出；經過測量，得到兩個過程的力電耦合係數相同，使其在驅動、振動感測方面有重要的潛在套用價值，並從理論上解釋了這一全新物理現象的變化規律和機理。揭示和描述了納米多孔金屬在溶液中時，外力作用下產生的變形引起的表面應力變化與其表面電荷密度變化的定量關係。並通過對材料幾何尺寸、吸附狀態等因素的調控，為納米多孔結構材料的功能化設計提供理論基礎和實驗驗證。本研究對於揭示納米多孔導電材料“力電轉換”行為的物理機制、量化感測效應及控制因素、開發能在不同領域套用的高靈敏度新型振動與超聲感測器件的研製都具有重要意義。同時也研製成功了不同的廉價多孔材料，並研究材料本身和相關複合材料的力學性能，以及不同系統的“電力”和“力電”耦合問題，為納米多孔材料在驅動和感測領域的套用提供了理論基礎和技術儲備。