多孔鐵電駐極體薄膜材料的力電性質及其最佳化設計

《多孔鐵電駐極體薄膜材料的力電性質及其最佳化設計》是依託同濟大學，由萬永平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多孔鐵電駐極體薄膜材料的力電性質及其最佳化設計
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：萬永平
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

系統研究多孔鐵電駐極體薄膜材料及其複合結構的力電性質與細觀結構的相互作用；弄清楚有效力電性質與細觀結構參數之間的關係和時間演化關係；提出多孔鐵電駐極體薄膜材料及其複合結構的最佳化設計理論；針對典型的多孔鐵電駐極體薄膜材料及其複合結構，實驗實現最佳化設計的結果並獲得力電性質的實驗數據。該項目的研究將深化理解多孔鐵電駐極體薄膜材料及其複合結構的力電行為及其有效性質，最佳化設計薄膜的細觀結構，提升多孔鐵電駐極體材料的整體特性。研究成果對於充分發揮柔性多孔鐵電材料的潛力，提升多孔鐵電駐極體材料在高技術機電感測器套用中的可靠性，既具有重要的套用價值也有著重要的基礎研究意義。

結題摘要

多孔壓電駐極體薄膜材料是含分布電荷的孔洞聚合物薄膜材料。在薄膜厚度方向，該材料表現出優越的壓電效應，通常可以和壓電陶瓷相媲美。再加上聚合物的柔順性、低成本、與空氣和人體相匹配的低聲阻抗特性，這些特點使得多孔鐵電駐極體薄膜成為近年來柔性功能電子器件和機電智慧型感測材料的研究熱點之一。本項目對多孔壓電駐極體薄膜材料的有效力電性質的理論建模和數值模擬開展了系統的研究。將含分布電荷的孔洞看成壓電夾雜，建立了多孔壓電駐極體有效力電性質的細觀力學模型；將聚合物基體看成粘彈性材料，進一步建立了粘彈性基體的壓電複合材料的細觀力學模型，研究了多孔壓電駐極體薄膜材料有效力電係數隨時間的演化關係，實驗測量並獲得了不同壓力和不同薄膜厚度樣品的有效壓電係數隨時間演化關係的實驗數據，理論與實驗結果吻合。成果發表在固體力學著名刊物Journal of the Mechanics and Physics of Solids、套用物理的著名刊物Applied Physics Letters和Journal of Applied Physics上。 在數值模擬方面，採用中空扁平十四面體模擬多孔壓電駐極體薄膜材料內的孔洞，建立了有限元模型，系統研究了多孔壓電駐極體薄膜材料有效力電性質及其隨時間演化行為；將多孔壓電駐極體材料看成是含有帶電孔洞的周期材料，將含分布電荷的孔洞看成是壓電夾雜，基於壓電複合材料的漸近均勻化方法理論框架，結合代表性體元的有限元分析，給出了多孔壓電駐極體材料的巨觀有效力電性質。本項目所獲得的一系列創新性成果，不僅提供了模擬多孔壓電駐極體薄膜材料有效性質的理論方法和模型，從而能系統考察多孔壓電駐極體薄膜材料有效力電性質隨孔洞微結構參數的關係，而且為多孔壓電駐極體薄膜材料的微結構最佳化設計提供了理論基礎。另外，在本項目的資助下，本項目還開展了壓電壓磁材料裂紋問題等其他一些相關研究。