磁致伸縮生物傳感器系統理論和技術（簡體書）

《磁致伸縮生物傳感器系統理論和技術》共5章，第1章為緒論，主要介紹了研究背景、常規檢測技術及生物傳感技術原理和優缺點;第2章為磁致伸縮生物傳感器換能材料磁性物理基礎，介紹了與磁致伸縮生物傳感器換能材料相關的磁學基礎理論，包括磁學物理量、物質的磁性、磁疇結構、磁化及磁性能等;第3章為磁介質中的電磁場，介紹了與磁致伸縮生物傳感器驅動力相關的電磁場基礎理論，包括麥克斯韋方程、時諧電磁場在空間的傳播、平面波在介質中的傳播、波動方程、渦流損耗等;第4章為磁致伸縮彈性體振動，介紹了與磁致伸縮生物傳感器系統緊密相關的振動基礎理論，包括單自由度振動、多自由度振動、連續彈性體無阻尼受迫振動、阻尼受迫振動、模態分析等;第5章為磁致伸縮生物傳感器系統設計和檢測技術，介紹了磁致伸縮生物傳感器的製備與檢測技術、靈敏度影響因素、系統優化設計理論、當前的不足及未來的發展趨勢。

張克維， 2010年12月獲美國奧本大學材料科學系博士學位， 2011年1月至2012年1月任美國橡樹嶺國家實驗室博士後。現任太原科技大學材料科學與工程學院副院長，副教授，碩士生導師，2015年度山西省高等學校青年學術帶頭人，2016年度山西省高等學校“131”領軍人才，2018年度山西省“三晉英才”支持計劃青年人才，主要從事納米材料、磁功能材料製備、表徵及其在生物傳感器和驅動器應用領域的研究。2014年至2016年成功主持國家青年科學基金項目《無線無源微型生物導彈技術研究》，揭示了磁致伸縮彈性體在交變磁場中發生“蛇移”現象的物理原因和動力學本質，為高頻電磁場控制微型生物導彈運動創建了新技術、填補新理論。近年來，主持1項國家自然科學基金項目，6項省部級科研項目及2項山西省人才支持計劃項目。發表學術論文35篇，其中以首作者/通訊作者發表SCI論文16篇， 出版英文專著1部，授權發明11件，擔任《Journal of Sensors》的客座編輯及《Sensors and Actuators A: Physical》、《Smart Materials and Structures》等多個SCI源期刊特邀審稿人。

目 錄

前言
第1章 緒論 1
1.1 常見食源性病菌 1
1.2 常規檢測技術 3
1.2.1 平板菌落計數法 3
1.2.2 酶聯免疫吸附測定法 5
1.2.3 聚合酶鏈反應 7
1.2.4 熒光免疫分析法 8
1.2.5 放射免疫分析法 9
1.3 生物傳感器概述 9
1.3.1 生物傳感器系統的組成 9
1.3.2 生物傳感器系統的常見種類 11
第2章 磁致伸縮生物傳感器換能材料磁性物理基礎 18
2.1 原子磁矩 18
2.2 磁化及磁化強度 21
2.3 物質的磁性 22
2.4 磁疇結構 28
2.5 物質的磁化 31
2.6 磁性物質的基本現象 36
第3章 磁致伸縮生物傳感器換能材料中的電磁場 40
3.1 麥克斯韋方程 40
3.1.1 全電流定律 41
3.1.2 複矢量形式的麥克斯韋方程 42
3.1.3 限定形式的麥克斯韋方程 43
3.2 電磁波的波動方程 44
3.2.1 無源區電磁波的波動方程 44
3.2.2 有源區電磁波的波動方程 45
3.3 電磁場的達朗貝爾方程 45
3.4 電磁場的邊界條件 46
3.5 坡印廷定理和坡印廷矢量 53
3.5.1 坡印廷定理 53
3.5.2 等效複介電常數和複磁導率 55
3.5.3 平均坡印廷矢量和複數形式的坡印廷定理 57
3.6 理想介質中的均勻平面波 60
3.6.1 理想介質中的均勻平面波函數 61
3.6.2 理想介質中的均勻平面波的傳播特點 62
3.7 導電媒質中的均勻平面波 66
3.7.1 導電媒介中的均勻平面波函數 66
3.7.2 弱導電媒介中的均勻平面波函數 69
3.7.3 良導體中的均勻平面波函數 70
3.7.4 色散媒質中電磁波的群速 73
3.8 磁化鐵氧體中的均勻平面波 74
3.8.1 磁化鐵氧體中的張量磁導率 75
3.8.2 磁化鐵氧體中的均勻平面波 78
3.9 平面波的極化特性 79
3.10 均勻平面電磁波在邊界上的反射及透射 82
3.10.1 均勻平面電磁波向平面分界面的垂直入射 82
3.10.2 均勻平面電磁波向多層邊界面的垂直入射 87
3.11 雙材料磁致伸縮換能器的渦流計算 89
3.11.1 雙材料內部磁場強度分佈 90
3.11.2 換能器複合材料內部磁場強度和渦流分佈 94
3.12 常見電磁場傳播方程的求解 100
3.12.1 直角坐標系的分離變量法 100
3.12.2 極坐標系下的分離變量法 103
3.12.3 球坐標系下的分離變量法 106
第4章 磁致伸縮彈性體振動 112
4.1 有阻尼單自由度系統的自由振動 112
4.1.1 過阻尼狀態(ζ >1) 113
4.1.2 欠阻尼狀態(ζ <1) 114
4.1.3 臨界阻尼狀態(ζ =1) 116
4.2 簡諧激勵下有阻尼單自由度系統的受迫振動 116
4.2.1 簡諧激勵下受迫振動的解 116
4.2.2 簡諧激勵下穩態振動響應的特點 119
4.3 任意週期激勵下有阻尼單自由度系統的受迫振動 126
4.3.1 週期激勵下的受迫振動 126
4.3.2 非週期激勵下的受迫振動 127
4.3.3 積分變換法求解非週期激勵下的受迫振動 131
4.4 簡諧激勵下有阻尼多自由度系統的受迫振動 135
4.4.1 二自由度系統的受迫振動 136
4.4.2 三自由度系統的受迫振動 137
4.5 拉格朗日方程 139
4.6 模態疊加法對運動解耦 143
4.7 簡諧激勵下連續系統的受迫振動 148
4.7.1 磁致伸縮彈性杆的縱向自由振動 148
4.7.2 磁致伸縮彈性杆的縱向受迫振動 154
4.7.3 磁致伸縮彈性梁的自由彎曲振動 157
4.7.4 磁致伸縮彈性梁的橫向受迫振動 161
4.7.5 懸臂梁無阻尼強迫振動的穩態響應 161
4.7.6 微懸臂梁傳感器的應用 163
第5章 磁致伸縮生物傳感器系統設計和檢測技術 164
5.1 磁致伸縮生物傳感器系統的功能模塊 164
5.1.1 磁致伸縮生物傳感器系統的組成 164
5.1.2 磁致伸縮生物傳感器信號激勵檢測設備及其原理 166
5.2 頻域技術檢測 167
5.3 時域技術檢測 172
5.4 磁致伸縮生物傳感器的製備 175
5.4.1 磁致伸縮換能器的製備 175
5.4.2 生物探針的固定 176
5.4.3 病菌檢測實驗裝置 177
5.5 MSP生物傳感器對病菌的檢測 178
5.5.1 沙門氏菌的檢測 178
5.5.2 大腸桿菌的檢測 181
5.5.3 金黃色葡萄球菌的檢測 181
5.5.4 阻斷劑對磁致伸縮生物傳感器性能的影響 182
5.6 MSMC生物傳感器對病菌的檢測 184
5.7 MSP生物傳感器對食