草稿:彈性致磁效應

彈性致磁效應（簡稱磁彈效應，Magnetoelastic effect）是一種材料在受到機械應力作用下，其磁性會隨之改變的現象。與磁致伸縮效應相反，也被稱為逆磁致伸縮效應（Inverse Magnetostriction Effect)或壓磁效應。又由於該效應是Villari於1865年發現的，因此也稱為Villari效應。過去150年來，這種現象只能在鐵磁性材料或合金中觀察到，並且需要高達100兆帕的外部機械壓力才能實現。然而，在2021年，UCLA的一個研究小組成功地在柔性系統中觀察到了巨大的磁彈效應，其耦合係數高達7.19×10⁻⁸ TPa⁻¹，，比傳統剛性金屬合金高出四倍以上。這一發現拓展了彈性致磁效應在柔性電子領域的廣泛應用前景。

定義

磁致彈性效應（簡稱磁彈效應，Magnetoelastic effect）是指當材料受到機械應力作用時，其磁通密度會隨之改變。而磁致伸縮效應則是指在鐵磁性材料被磁化時，在磁場的影響下，它們的尺寸可能會發生微小的變化。與此相反的是，在機械應力作用下（通常伴隨着微小的尺寸和形態變化），材料的磁性也會發生一定程度上的改變。這種現象產生於材料內部存在着與其應力狀態緊密相關聯的磁疇或偶極結構，並且在受到外界壓力後，這些疇壁或偶極將會發生位置上的調整。

性質

磁性材料的應力狀態與其內部的磁疇結構密切相關，而磁疇結構變化會直接影響材料的磁場性能。通過利用磁彈效應測量材料的磁場性能變化，可以推斷出其結構中存在的應力狀態變化。因此，我們可以將測量應力問題轉換為測量材料磁場性質問題。

應用

通過利用磁彈效應，磁致彈性傳感器能夠將複雜的工程應力測量問題轉化為電磁學研究問題，具有廣泛的實際應用價值，在建築、土木工程和航空航天領域等方面發揮重要作用。該傳感器的工作原理基於一種特殊的磁性材料，當該材料在其所處的磁場中經歷類似於外部拉力或壓縮力引起的變化時，即表現出了磁致彈性特性。 對於柔性電子而言，無論是貼合皮膚使用的可穿戴電子設備還是貼合器官使用的可移植生物電子設備，在濕度較高的環境下都能正常工作。由於人體內含有大量汗液和體液，因此這些設備需要具備防水功能。目前大多數生物電子設備並不具備防水功能，如果想增加其防水能力，則通常需要添加額外封裝層。然而這些封裝層會使得設備變得笨重，並且可能導致靈敏度下降等問題。相比之下，基於磁致彈性效應設計製造的生物力學傳感器則同時具有防水和生物相容性優勢，並且在軟聚合物系統中由於聚合物本身較低剛度模量所帶來形變所需施加壓力較小。 因此，各種生命活動如脈搏、呼吸和眼球運動可以被高度敏感地轉化為電學信號。通過分析這些採集到的信號的頻率和幅值信息，我們能夠持續地獲取多種生理參數，例如呼吸率、脈搏速度、血壓以及呼吸頻率。未來，在能源和生物傳感領域，磁彈性效應將有更廣泛的應用範圍。