straineffekter

Straineffekter hänvisar till förändringar i material eller system som uppstår när ett objekt utsätts för mekanisk deformation, såsom töjning, kompression eller böjning. Effekterna omfattar både geometriska förändringar och förändringar i atomernas positioner, vilket kan påverka mekaniska, elektriska och optiska egenskaper. Begreppet används inom materialvetenskap, konstruktion, elektronik och fotonik.

Inom mekanik och materialvetenskap beskriver sträckning (strain) deformation per längdenhet. I det linjära elastiska området följer spänningarna ungefär sambandet spänning = elasticitetsmodulen × sträckning (för enkel uniaxial belastning). Sträckning och spänning kan vara anisotropiska i kristallina material och kräver användning av en sträckningstensor för att beskrivas fullständigt. Straineffekter påverkar bland annat hållfasthet, styvhet, utmattning och livslängd hos material.

I elektronik och optik ökar eller minskar bandstrukturen och carrier mobiliteten när materialet sträcks, vilket kan ändra ledningsförmåga och bandgap. Piezoresistiva effekten gör att elektriskt motstånd ändras med deformation. Inom optik orsakar sträckning förändringar i refraktivt index och birefringens, vilket utnyttjas i fiberoptiska sensorer och fotonik.

Mätmetoder för sträckning inkluderar sträckgeler och halvledarbaserade sensorer, fiber Bragg-grating-sensorer, digital bildkorrelation och Raman-spektroskopi samt X-ray diffraktionsmetoder för att kartlägga inre spännningar.

Användningsområden omfattar strukturell hälsokontroll, flexibla och bärbara elektronikkonstruktioner, MEMS, fotonik och nanomaterialforskning. Utmaningar innefattar ojämt fördelad sträckning, lokalt plastisk deformation, temperaturpåverkan och tidsberoende evolution av spänningar.