《智慧型材料多場多尺度分析儀器的研製與套用》是依託清華大學，由方菲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：智慧型材料多場多尺度分析儀器的研製與套用
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：方菲
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鐵電、鐵磁材料以及多鐵性材料是智慧型材料的代表。這類材料本身在力磁電熱之間的功能轉換，以及其套用的多場耦合工作環境，都仰賴於多場載入下微結構和性能的動態演化過程。迄今為止，對智慧型材料的研究通常囿於局域的微觀模式或孤立的巨觀模式，缺乏將微觀和巨觀研究有機結合起來的多場耦合、動態和跨尺度的研究。.本項目的目標是發展智慧型材料實驗力學技術與方法，研製一台具備多物理場載入，並賦有從微米到納米尺度結構觀測和性能表征的儀器。該儀器能夠實現力磁電熱場的組合載入,從而有效表征智慧型材料和器件的不同服役條件；同時還能夠完成對智慧型材料在多場載入條件下從微米到納米尺度的形貌、結構和性能分析研究。本實驗技術與儀器項目申請集設計理念的創新與關鍵核心技術的突破於一體，對於發展智慧型材料微納米表征的新技術和新方法，促進智慧型材料多場耦合力學具有科學意義，對於新型智慧型材料與器件的設計與研製具有重要的套用意義。
結題摘要
本項目發展智慧型材料實驗力學技術與方法，研製了一台具備多物理場載入，並賦有從微米到納米尺度結構觀測和性能表征的儀器。該儀器能夠實現力磁電熱場的組合載入,從而有效表征智慧型材料和器件的不同服役條件；同時還能夠完成對智慧型材料在多場載入條件下從微米到納米尺度的形貌、結構和性能分析研究。本實驗技術與儀器項目申請集設計理念的創新與關鍵核心技術的突破於一體，對於發展智慧型材料微納米表征的新技術和新方法，促進智慧型材料多場耦合力學具有科學意義，對於新型智慧型材料與器件的設計與研製具有重要的套用意義。 在研製的智慧型材料多場多尺度分析儀器基礎上，利用研製儀器對磁電複合材料的力磁電效應與微結構演化進行了研究，應力調控四態磁電耦合效應對於多態存貯器的研製和開發具有重要意義；利用研製儀器對PMN-PT鐵電單晶進行了多尺度疇結構觀察與納觀區域壓電回響研究，通過微觀和納觀尺度的結合，澄清了目前尚存爭論的單斜相的結構本質，同時揭示了單斜相、三方相、四方相中鐵電疇電場下的電致應變與疇取向的關係；將高性能PMN-PT鐵電單晶與巨磁致伸縮材料Terfernol-D結合製作PMN-PT/Terfernol-D磁電複合材料，研究了磁場對疇結構和電極化性能的調控，得到了磁場調控的最優值；研究了電活性聚合物(PVDF-TrFE)鐵電薄膜循環電場下由電場誘導的電極化和力學性能共增強效應，適合套用於無疲勞現象的鐵電器件；還利用研製儀器對柔性聚合物磁電複合材料的自偏置磁電耦合進行了研究，由於不必再使用外加靜磁場，可以使得磁電器件降噪的同時尺寸做得更小；研究製備了高性能PVDF基壓電納米纖維，對單根納米纖維的壓電性能進行表征，在高性能壓電納米纖維研製的基礎上進行了納米纖維發電機原型的製作，獲得較高的輸出能量。
