骨具有力電性質(zhì),這一性質(zhì)可促進(jìn)骨組織生長(zhǎng)。骨既是生理器官又是介電材料,在交變電場(chǎng)作用下,其表現(xiàn)行為可能有生理作用。為此,本文測(cè)量了骨懸臂梁試樣在交變電場(chǎng)下的表面溫升與頂端撓度。發(fā)現(xiàn)在電壓70V,頻率為10～70kHz的交流電場(chǎng)下,最大表面溫升達(dá)到2～4℃,最大撓度變化為9.0～78.7μm;在頻率10kHz,電壓為70～175V的交流電場(chǎng)下,最大表面溫升達(dá)到4～6℃,最大撓度變化為13.0～114.3μm。同時(shí)測(cè)量了兩種經(jīng)典介電材料有機(jī)玻璃和聚乙烯在交變電場(chǎng)下的溫升與頂端撓度,最大溫升低于0.5℃,但是撓度與骨試樣相當(dāng),所以相對(duì)高溫升是骨特有的性質(zhì)。將交流電壓有效值替換成相同幅值的直流電壓時(shí),最大溫升也低于0.5℃,基本沒(méi)有撓度變化,所以相對(duì)的高溫升反映了骨的交流性質(zhì)。分析后認(rèn)為,骨在交變電場(chǎng)作用下的溫升由膠原的介電損耗引起。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,骨在交變電場(chǎng)下,表面溫度變化與加載電壓的平方成正比,且在實(shí)驗(yàn)加載的10～70kHz頻段內(nèi),骨的介電常數(shù)隨頻率的變化明顯。 

【文章來(lái)源】：實(shí)驗(yàn)力學(xué). 2020,35(02)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

骨試樣示意圖

本實(shí)驗(yàn)共取5個(gè)干骨試樣,在同一牛脛骨上沿厚度方向平行取出兩個(gè)試樣(4號(hào)、5號(hào)試樣),其余3個(gè)試樣取自不同牛脛骨(沿厚度方向的取樣位置隨機(jī))。骨試樣的尺寸為:長(zhǎng)65.00mm、寬10.46mm、厚0.40mm。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,將骨試樣底端固定在夾具上,頂端自由,形成懸臂梁。通過(guò)電極對(duì)試樣施加交變電場(chǎng),實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖2所示。波形發(fā)生器(Rigol, DG4062)輸出頻率可調(diào)的正弦交變電壓,電壓放大器(Agitek, ATA-2081)將輸出電壓的幅值放大至設(shè)定的值。數(shù)字式視頻顯微鏡(Hirox, KH-7700)的鏡頭聚焦于試樣上表面的一個(gè)區(qū)域,視場(chǎng)面積是236.3μm×177.2μm,基于數(shù)字圖像相關(guān)方法(DIC)測(cè)量試樣自由端截面的彎曲撓度。采用德國(guó)歐普士公司生產(chǎn)的紅外測(cè)溫儀(CTLaser-CF3-CB3)測(cè)量骨試樣在加載時(shí)間內(nèi)表面溫度隨時(shí)間的變化,溫度測(cè)量的分辨率為0.1℃,誤差范圍是0.5℃。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置放置在光學(xué)防震平臺(tái)上。

為確定骨懸臂梁試樣在交變電場(chǎng)作用下,試樣表面溫度隨時(shí)間變化的特點(diǎn),首先測(cè)量了試樣在電壓為70V,頻率為30kHz條件下1000s內(nèi)的溫度變化,測(cè)試結(jié)果如圖3所示。由圖3可知,在交變電場(chǎng)的作用下,骨試樣表面溫度逐漸增加。加載時(shí)間超過(guò)200s后,試樣溫度基本穩(wěn)定。因此測(cè)試方案是:測(cè)量試樣在加載交變電場(chǎng)后,200s時(shí)間范圍內(nèi)的溫度變化,這一時(shí)間段的溫度數(shù)據(jù)應(yīng)該可以反映骨的溫升特征。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3543453