草稿:弹性致磁效应

弹性致磁效应（简称磁弹效应，Magnetoelastic effect）是一种材料在受到机械应力作用下，其磁性会随之改变的现象。与磁致伸缩效应相反，也被称为逆磁致伸缩效应（Inverse Magnetostriction Effect)或压磁效应。又由于该效应是Villari于1865年发现的，因此也称为Villari效应。过去150年来，这种现象只能在铁磁性材料或合金中观察到，并且需要高达100兆帕的外部机械压力才能实现。然而，在2021年，UCLA的一个研究小组成功地在柔性系统中观察到了巨大的磁弹效应，其耦合系数高达7.19×10⁻⁸ TPa⁻¹，，比传统刚性金属合金高出四倍以上。这一发现拓展了弹性致磁效应在柔性电子领域的广泛应用前景。

定义

磁致弹性效应（简称磁弹效应，Magnetoelastic effect）是指当材料受到机械应力作用时，其磁通密度会随之改变。而磁致伸缩效应则是指在铁磁性材料被磁化时，在磁场的影响下，它们的尺寸可能会发生微小的变化。与此相反的是，在机械应力作用下（通常伴随着微小的尺寸和形态变化），材料的磁性也会发生一定程度上的改变。这种现象产生于材料内部存在着与其应力状态紧密相关联的磁畴或偶极结构，并且在受到外界压力后，这些畴壁或偶极将会发生位置上的调整。

性质

磁性材料的应力状态与其内部的磁畴结构密切相关，而磁畴结构变化会直接影响材料的磁场性能。通过利用磁弹效应测量材料的磁场性能变化，可以推断出其结构中存在的应力状态变化。因此，我们可以将测量应力问题转换为测量材料磁场性质问题。

应用

通过利用磁弹效应，磁致弹性传感器能够将复杂的工程应力测量问题转化为电磁学研究问题，具有广泛的实际应用价值，在建筑、土木工程和航空航天领域等方面发挥重要作用。该传感器的工作原理基于一种特殊的磁性材料，当该材料在其所处的磁场中经历类似于外部拉力或压缩力引起的变化时，即表现出了磁致弹性特性。 对于柔性电子而言，无论是贴合皮肤使用的可穿戴电子设备还是贴合器官使用的可移植生物电子设备，在湿度较高的环境下都能正常工作。由于人体内含有大量汗液和体液，因此这些设备需要具备防水功能。目前大多数生物电子设备并不具备防水功能，如果想增加其防水能力，则通常需要添加额外封装层。然而这些封装层会使得设备变得笨重，并且可能导致灵敏度下降等问题。相比之下，基于磁致弹性效应设计制造的生物力学传感器则同时具有防水和生物相容性优势，并且在软聚合物系统中由于聚合物本身较低刚度模量所带来形变所需施加压力较小。 因此，各种生命活动如脉搏、呼吸和眼球运动可以被高度敏感地转化为电学信号。通过分析这些采集到的信号的频率和幅值信息，我们能够持续地获取多种生理参数，例如呼吸率、脉搏速度、血压以及呼吸频率。未来，在能源和生物传感领域，磁弹性效应将有更广泛的应用范围。