《多鐵性材料和多鐵性複合材料的多尺度設計》是依託上海大學，由徐凱宇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多鐵性材料和多鐵性複合材料的多尺度設計
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐凱宇
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
多鐵性材料及其獨特的磁電（ME）效應是當前多功能材料領域研究的熱點課題。本研究項目立足於物理模型、數值模擬和實驗比對，在第一性原理和連續介質力學理論的基礎上，力求發展一種新穎的、獨特的多鐵性材料/複合材料的多尺度設計原理和計算模擬方法，探索梯度多鐵性合成和ME效應相互耦合作用的物理和力學機理；基於合理的界面結合以及材料的梯度分布，遵循弱電場在壓電(PE)過程中產生強極化，或者在壓磁(PM)過程中產生強磁化的原則，在理論上設計出高強度ME效應的多鐵性材料和多鐵性複合材料。為多鐵性材料工業化的合成和複合提供重要的理論指導和可調參數。研究內容包括：多鐵性複合材料的梯度合成和界面特性的從頭計算法模型和力學模擬；ME效應的力學模型和數值模擬方法。本項目所獲得的成果將在微波器件、磁電記憶元件、磁場感應元件、電控磁裝置、以及磁控壓電器件等技術領域得到廣泛的套用。
結題摘要
本研究項目立足於物理模型、數值模擬和實驗比對，在第一性原理和連續介質力學理論的基礎上，力求發展一種新穎的、獨特的多鐵性材料/複合材料的多尺度設計原理和計算模擬方法，探索梯度多鐵性合成和ME效應相互耦合作用的物理和力學機理；基於合理的界面結合以及材料的梯度分布，遵循弱電場在壓電(PE)過程中產生強極化，或者在壓磁(PM)過程中產生強磁化的原則，在理論上設計出高強度ME效應的多鐵性材料和多鐵性複合材料。主要研究成果有：(1) Gd摻雜BiFeO3合成一種新型多鐵材料，鐵磁性得到很大提高。Gd摻雜後得到更高的靜態介電常數。氧空位的存在使得BiFeO3的導電性有所增強，光學吸收係數減小，且靜態介電常數變小，呈現完全各向異性。(2) 得到了異質結構中各向異性壓電全平面非均勻多邊形夾雜的Eshelby問題的分析模型和閉合解，提出了計算疊代格式。(3) 獲得了精確封閉形式解用於解決各向異性壓電全平面或半平面中任意形狀夾雜材料的場分布問題，分析了非均勻特徵應變對彈性場和電場的影響。(4) 求得了任意分布的梯度形式橫觀各向同性功能梯度磁電彈性懸臂樑上表面受均勻載荷、自由端受集中力和力矩作用下的解析解。(5) 分析了彎曲模態下功能梯度鐵電鐵磁複合材料的磁電效應，給出了磁電轉換公式。針對沿厚度方向變化的線性和指數梯度分布形式和不同梯度層合情形討論了磁電效應。(6) 給出了分析多鐵纖維複合材料界面層影響的簡化方法，並套用該理論分析界面層採用不同材料時對複合材料整體磁電性能的影響。結果表明，界面層材料選取不同會顯著影響材料整體磁電性能。本項目的成果為多鐵性材料工業化的合成和複合提供了重要的理論指導和可調參數。
