کتاب مواد هوشمند و کاربرد آن در رشته‌های مختلف علوم و مهندسی

کتاب مواد هوشمند و کاربرد آن در رشته‌های مختلف علوم و مهندسی

کتاب مواد هوشمند و کاربرد آن در رشته‌های علوم مهندسی

مطالعه و بررسی مواد هوشمند و سیستم‌های هوشمند، یکی از شاخه‌های جدید علمی است. این مواد در حال حاضر گستره وسیعی پیدا کرده و دامنه کاربرد آنها روزبه روزگسترده شده و دامنه‌های جدیدتری را در برخواهد گرفت.

هدف این کتاب ارائه و مبانی و مفاهیم مواد هوشمند، و نیز کاربردهای آن در شاخه‌های مختلف علوم و مهندسی است.

محتوا کتاب مواد هوشمند

در  فصل اول، مبانی و تعاریف مواد و سیستم‌های هوشمندانه ارائه شده است، و خواننده با مطالعه آن آشنایی کلی و مقدماتی و پایه‌ای با این نوع مواد پیدا خواهد کرد.

خواننده برای آشنایی با مواد هوشمند نیازمند دارا بودن اطلاعات عمومی علمی و مهندسی درمورد برخی از مفاهیم و زمینه‌ها است. به منظور جامع بودن و خودکفا بودن کتاب، در فصل دوم کتاب به این مفاهیم پرداخته شده است.

ازجمله این مفاهیم عبارتند از: قطبش یا پلاریزاسیون، مدار فیدبک، نیمه هادی، اسلیوسکوپ، بار الکتریکی، جریان الکتریکی، میدان الکتریکی، شار الکتریکی

در فصل‌های سوم و چهارم، انواع مواد هوشمند به ترتیب از نظر مبانی و مکانیسم، نیز عملکرد شرح داده شده است.

در فصل‌های پنجم تا یازدهم، مبانی و مفاهیم و روابط انواع مواد هوشمند به تفضیل شرح داده شده است. این مواد عبارتند از : مواد پیزوالکتریک، مواد الکتروستریکتیو، آلیاژهای حافظه دار، مواد هوشمند کرومیک، مواد هوشمند نوری، سیالات هوشمند و نانو مواد هوشمند.

در فصل‌های دوازدهم تا هفدهم نیز کاربردهای مواد هوشمند در شاخه‌های مختلف علوم و مهندسی به تفضیل شرح داده شده‌اند. این شاخه‌های علوم و مهندسی عبارتند از : مهندسی شیمی، مهندسی مواد، محیط زیست، مهندسی برق، مهندسی کامپیوتر و رباتیک، مهندسی مکانیک، مهندسی هوافضا، مهندسی عمران و مهندسی پزشکی.

این کتاب می‌تواند به عنوان یک کتاب درسی و مرجع و پایه برای کلیه استاتید و دانشجویان رشته‌های مختلف علوم و مهندسی، که می‌خواهند در زمینه مواد هوشمند تدریس، تحصیل و یا پژوهش نمایند به خوبی قابل استفاده باشد.

فهرست مطالب کتاب مواد هوشمند و کاربرد آن در رشته‌های مختلف علوم و مهندسی

فصل اول: مبانی و تعاریف مواد و سیستم‌های هوشمند :

۱-۱ مواد و سیستم‌های هوشمند
۱-۲ مواد پیزوالکتریک یا كهربا فشار
۱-۳ میزبان
۱-۴ كاپلینگ
۱-۵ مكاستراكترونیك
۱-۶ هوش مصنوعی
۱-۶-۱ تاریخچۀ هوش مصنوعی
۱-۶-۲ آزمون تورینگ
۱-۶-۳ تعریف و طبیعت هوش مصنوعی
۱-۶-۴ فلسفۀ هوش مصنوعی
۱-۶-۵ اتاق چینی
۱-۶-۶ تکنیک‌ها وزبان‌های برنامه‌نویسی هوش مصنوعی
۱-۶-۷ عامل‌های هوشمند
۱-۶-۸ سیستم‌های خبره
۱-۷ تعریف و عملکرد مواد هوشمند
۱-۸ مواد هوشمند و سازه‌های هوشمند

فصل دوم: مفاهیم پایهای 

۲-۱ قُطبش یا پُلاریزاسیون
۲-۲ مدار فیدبك
۲-۳ نیمه‌هادی‌ها یا نیمه‌رساناها
۲-۳-۱ انواع نیمه‌رساناها
۲-۳-۲ عناصر نیمه‌رسانا
۲-۳-۳ ساخت ادوات الکترونیکی به‌وسیلۀ نیمه‌رساناها
۲-۴ اُسیلوسكوپ
۲-۴-۱ قسمت‌های مختلف اسیلوسکوپ
۲-۴-۲ مولّد مبنای زمان
۲-۴-۳ مدارهای اصلی اُسیلوسکوپ
۲-۵ الكترون
۲-۶ بار الكتریكی
۲-۶-۱ نتایج آزمایش فرانكلین
۲-۶-۲ بررسی کمّی‌ نیروی موجود میان بارهای الکتریکی
۲-۶-۳ کاربرد نیروهای الکتریکی بین اجسام باردار
۲-۷ جریان الكتریكی
۲-۸ جریان و آمپر
۲-۹ ولتاژ و ولت
۲-۱۰ مقاومت
۲-۱۱ مدار الكتریكی
۲-۱۲ اتّصالی در یک مدار، یا اتصال کوتاه
۲-۱۳ میدان الكتریكی
۲-۱۳-۱ مشخّصات میدان الکتریکی
۲-۱۳-۲ خطوط نیرو، یا خطوط میدان الكتریكی
۲-۱۴ شار الكتریكی
۲-۱۴-۱ رابطۀ شار با میدان الکتریکی
۲-۱۴-۲ یکای شار الکتریکی
۲-۱۴-۳ شار الکتریکی و قانون گاوس در الکتریسیته

فصل سوم: انواع مواد هوشمند از نظر مبانی و مکانیسم 

۳-۱ انواع مواد هوشمند
۳-۲- انواع مواد هوشمند گروه اوّل
۳-۳ انواع مواد هوشمند گروه دو

فصل چهارم: انواع مواد هوشمند از نظر عملکرد 

۴-۱ سِنسورها یا حسگرها
۴-۱-۱ تعریف سنسور
۴-۱-۲ كاربرد سنسورها
۴-۱-۳ سنسورهای بدون تماس
۴-۱-۴ سنسورهای القایی
۴-۱-۵ سنسورهای مادون قرمزِ منفعل یا پَسیو
۴-۱-۶ سنسورهای بیوالكتریك یا زیست حسگرها
۴-۲ عمل‌كننده‌ها یا محرّك‌ها
۴-۲-۱ هدف از اندازه‌گیری
۴-۲-۲ كنترل
۴-۲-۳ انواع عملگر (عمل‌كننده)
۴-۳ آشنایی با سیستم‌های هیدرولیك و نیوماتیك
۴-۴ پردازشگرها و ریزپردازشگرها
۴-۴-۱ واحد پردازش مركزی
۴-۴-۲ ترانزیستور‌های گسسته و مدارات مجتمع (واحد پردازش مرکزی)
۴-۴-۳ ریزپردازنده‌

فصل پنجم: مواد پیزوالکتریک  

۵-۱ تاریخچۀ مواد پیزوالكتریك
۵-۲ كرنش مكانیكی
۵-۳ چگالی شار الكتریكی
۵-۴ مكانیسم رفتار كاپلینگ الكترومكانیكی
۵-۵ معادلات ساختاری سه بعدی
۵-۶ شرایط مرزی الكتریكی و مكانیكی
۵-۶-۱ شرط مرزی اتّصال كوتاه
۵-۶-۲ شرط مرزی مدار باز
۵-۷ به كار اندازنده‌های انباشتۀ پیزوالكتریك
۵-۸ ترانسفورماتور (مبدّل)‌های خم كنندۀ پیزوالكتریك
۵-۹ کاربردها، مزایا و معایب مواد پیزوالكتریك
۵-۱۰ مقدّمهای بر سیستم‌های یك درجه آزادی
۵-۱۱ معادلۀ حركت سیستم “جرم- فنر- میراگر”
۵-۱۲ معادلۀ دینامیكی حركت سیستم “جرم- فنر- میراگر- پیزوالكتریك”
۵-۱۳ كاپلینگ الكترومكانیكی- سختی متغیر
۵-۱۳-۱ حالت اتّصال كوتاه
۵-۱۳-۲ حالت مدار باز
۵-۱۴ مقاومت موازی پیزوالكتریك برای اتلاف انرژی
۵-۱۵ جمع‌بند

فصل ششم: مواد الکتروستریکتیو  

۶-۱ مقدّمه
۶-۲ كاپلینگ الكترومكانیكی در مواد الكتروستریكتیو
۶-۳ پاسخ خطّی شده در مواد الكتروستریكتیو
۶-۴ پلیمرهای با كرنش زیاد در مواد الكتروستریكتیو
۶-۵ جمعبندی مواد الكتروستریكتیو

فصل هفتم: آلیاژهای حافظه‌دار

۷-۱ مقدّمه
۷-۲ تاریخچه مختصر آلیاژهای حافظهدار
۷-۳ بیشترین آلیاژهای حافظه‌دار شناخته شده
۷-۴ بررسی رفتار آلیاژهای حافظه‌دار
۷-۵ استحاله‌های فازی در آلیاژهای حافظه‌دار
۷-۶ رابطۀ مكانیك و دما در آلیاژهای حافظه‌دار

فصل هشتم: مواد هوشمند کرومیک  

۸-۱ مواد كرومیك
۸-۲ مواد فتوكرومیك
۸-۳ مواد ترموكرومیك
۸-۴ مواد مِكانوكرومیك و كِموكرومیك
۸-۵ مواد الكتروكرومیك

فصل نهم: مواد هوشمند نوری  

۹-۱ شیشه‌های هوشمند
۹-۲ مواد لومینسانس
۹-۳ مواد فتوولتائیك

فصل دهم: سیّالات هوشمند 

۱۰-۱ مفهوم سیال
۱۰-۲ لزجت یا ویسکوزیته یا گرانروی
۱۰-۳ قانون لزجت نیوتن
۱۰-۴ انواع سیالات
۱۰-۵ سیالات نیوتنی
۱۰-۶ سیالات غیرنیوتنی
۱۰-۷ سیالات الكتریكی- رئولوژیكی (ER)
۱۰-۸ سیالات مغناطیسی- رئولوژیكی(MR)

فصل یازدهم: نانومواد هوشمند  

۱۱-۱ نانو چیست؟
۱۱-۲ فناوری نانو چیست؟
۱۱-۳ مزایای فنآوری نانو
۱۱-۴ زمینه‌های کاربردی فن‌آوری نانو
۱۱-۵ نانو حسگرها
۱۱-۶ انواع نانو حسگرها
۱۱-۶-۱ استفاده از نقاط کوانتومی‌درتولید نانوحسگرها
۱۱-۶-۲ استفاده از نانولولهها درتولید نانوحسگرها
۱۱-۶-۳ استفاده ازنانوابزارها درتولید نانوحسگرها
۱۱-۷ نانوحسگرها و كنترل آلودگی هوا
۱۱-۸ مبارزه با انتشار گازهای سمی
۱۱-۹ جذّابیتهای نانوحسگرها
۱۱-۱۰ نانوپوشش‌های هوشمند
۱۱-۱۰-۱ نانوپوشش‌های هوشمند ضدخوردگی
۱۱-۱۰-۲ نانوپوشش‌های ضدرادار
۱۱-۱۰-۳ نانوپوشش‌های هوشمند تصفیهکنندۀ هوا

فصل دوازدهم: کاربردهای مواد هوشمند در مهندسی شیمی، مهندسی مواد، و محیط زیست  

۱۲-۱ مصالح خودترمیم
۱۲-۲ مواد هالوکرومیک
۱۲-۳ سیستم‌های کروموژنیک
۱۲-۴ مواد ترموالكتریك (دمابرقی)
۱۲-۵ مواد ترومیك
۱۲-۶ پلیمرهای هادی
۱۲-۷ ژل‌های پلیمری
۱۲-۸ پلیمرهای حسّاس به pH
۱۲-۹ الاستومرهای دی‌الكتریك

فصل سیزدهم: کاربردهای مواد هوشمند در مهندسی برق، کامپیوتر، و رُباتیک  

۱۳-۱ استفاده از مواد هوشمند در رُباتیك و سیستم‌های میكرو- الكترو- مكانیكی
۱۳-۲ روش بهتر تولید برق از منابع گرمایی
۱۳-۳ مواد فروالكتریك

فصل چهاردهم: کاربردهای مواد هوشمند در مهندسی مکانیک 

۱۴-۱ نگاهی به نقش مواد ترموالكتریك در كاهش سوخت خودروها
۱۴-۲ بهبود راندمان
۱۴-۳ تلفیق دو راهكار
۱۴-۴ تئوری در مرحلۀ اجرا
۱۴-۵ مدل یك ماشین لباسشویی بهینه شده با بكارگیری مواد ترموالكتریك

فصل پانزدهم: کاربردهای مواد هوشمند در مهندسی هوافضا  

۱۵-۱ استفاده از مواد هوشمند در صنایع هوافضا
۱۵-۲ جمعبندی

فصل شانزدهم: کاربردهای مواد هوشمند در مهندسی عمران 

۱۶-۱ مقدّمه
۱۶-۲ استفاده از مواد هوشمند در سازه‌ها
۱۶-۳ بتن خودترمیم شونده
۱۶-۳-۱ کلّیّات
۱۶-۳-۲ آزمایش‌ها
۱۶-۳-۳ نحوۀ عملكرد
۱۶-۴ سیمان‌های هوشمند
۱۶-۵ بتن‌های هوشمند
۱۶-۵-۱ بتن‌های هوشمندِ جلوگیری کننده از یخ زدگی
۱۶-۵-۲ بتنهای هوشمندِ واكنش دهنده در برابر تغییرات
۱۶-۵-۳ بتن‌های هوشمند گرمازا

۱۶-۶ مواد مرکّب پیزوالکتریک بر پایۀ سیمان، و کاربردهای آن در مهندسی عمران
۱۶-۶-۱ کلّیّات
۱۶-۶-۲ انواع مواد مرکّب پیزوالکتریک بر پایۀ سیمان
۱۶-۶-۳ تأثیر به كاراندازنده ها
۱۶-۶-۴ تأثیر سنسورها
۱۶-۶-۵ مطالعه و بررسی خُلَل و فُرَج در سازه‌های بتنی، و اثر خصوصیات مواد مرکّب پیزوالکتریک سرامیکی بر روی آن‌ها
۱۶-۶-۶ رابطۀ بین حجم سرامیك و تخلخل، در سرامیک های مرکّب پیزوالکتریک
۱۶-۶-۷ رابطۀ بین حجم سرامیک و مقاومت فشاری، در سرامیک‌های مرکّب پیزوالکتریک
۱۶-۶-۸ رابطۀ بین حجم سرامیک و دیالکتریسیته، در سرامیک های مرکّب پیزوالکتریک
۱۶-۶-۹ پارامترهای وابسته به قطبش، در پیزوالکتریکهای مرکّب بر پایۀ سیمان    ۱۸۴
۱۶-۶-۹-۱ دما
۱۶-۶-۹-۲ شدّت میدان الكتریكی
۱۶-۶-۹-۳ تأثیر شدّت میدان الکتریکی (E) بر روی کرنش پیزوالکتریک ((d33 در فرآیند قطبش
۱۶-۶-۹-۴ تأثیر زمان قطبش (t) بر روی کرنش پیزوالکتریک ((d33
۱۶-۶-۹-۵ تأثیر دمای قطبش ((T بر روی کرنش پیزوالکتریک ((d33
۱۶-۶-۹-۶ اثر اندازۀ ذرّات پیزوالکتریک بر روی خصوصیات دیالکتریسیته و ضریب کرنش پیزوالکتریسیته در مواد مرکّب پیزوالکتریک بر پایۀ سیمان

۱۶-۷ كاربرد آلیاژهای حافظه‌دار در مهندسی عمران
۱۶-۸ كاربرد مواد هوشمند در پل‌ها
۱۶-۹ مادۀ SMA، به عنوان یک مادۀ جایگزین مناسب برای فولاد
۱۶-۱۰ مدلسازی مواد هوشمند SMA در مهندسی سازه
۱۶-۱۱ اهمّیت استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار در اتّصالات سازه‌ها
۱۶-۱۲ عملكرد آلیاژهای حافظهدار
۱۶-۱۳ جزئیات اتّصالات هوشمند
۱۶-۱۴ مدلسازی اتّصال

فصل هفدهم: کاربردهای مواد هوشمند در مهندسی پزشکی 

۱۷-۱ مقدّمه ای بر آلیاژهای حافظه‌دار
۱۷-۲ کاربردهای آلیاژهای حافظه‌دار در مهندسی پزشكی
۱۷-۳ خواص حافظه‌داری و شبه‌الاستیسیته
۱۷-۴ استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار در سیم‌های راهنما
۱۷-۵ استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار ASDOS برای آب‌بندی حفرۀ بین دو بطن قلب
۱۷-۶ استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار در اُرتودونسی، اُرتوپدی، و ساخت قاب عینکها
فهرست مراجع
فهرست موضوعی (نمایه)

منابع و مآخذ کتاب و کاربرد آن در رشته‌های مختلف علوم و مهندسی