考虑挠曲电性的多铁性复合材料/结构的磁电效应及其应用

批准号:
11202182
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
张春利
依托单位:
学科分类:
A0808.多场耦合与智能结构力学
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
李华锋、诸骏、沈旭栋、刘东滢、苏益品
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中文摘要
随着器件功能化和小型化的发展,多铁性复合材料/结构因具有多重物理属性而作为新一代多功能材料在新型器件设计中得到广泛关注。当结构尺寸减小到微纳米时,材料的挠曲电性会显著增强结构的磁电耦合效应,其宏观力学行为也有明显的变化,而传统的连续介质力学理论已无法对此进行有效预测。本项目针对多铁性复合材料/结构,考虑挠曲电性的影响,采用级数展开技术系统建立一维和二维简化结构理论。在此基础上,研究纳米尺度多铁性复合材料/结构的宏观力学行为,分析其磁电效应,并确定影响结构宏观力学行为和磁电效应的关键参数。针对特定工作模式,推导器件主要设计参数的计算公式,为器件的研发、设计和使用提供直接的理论指导。本项目拓展了连续介质力学的研究范围,在一定程度上发展了多场耦合力学的分析方法,既有重要的理论价值,又有明确的工程应用背景。
英文摘要
Multiferroic materials simultaneously exhibit several ferroic (e.g. ferroelectric, ferromagnetic, or ferroelastic) orders, have drawn increasing attentions duo to their potential for applications as new micro- or nano- multifunctional devices. At the nanoscale, flexoelectriciy obviously changes macro-mechanical behaviors of multiferroic materials and dramatically enhance its magnetoelectric effects as well. However they cannot be precisely pridicted by using the traditional continua media theory. The project will take into account the flexoelectricity to develop a systematic simplified structural theory for nanoscale multiferroic materials based on the power series expansion method. With the developed theory, we will investigate the mechanical properties and the magnetoelectric effects of nano-multiferroic materials/structures, then put forward the key design parameters for some representative devices and deduce their effective computing formulas. The outcome of the project can extend the research scope of the traditional continua media theory and make a certain extent progress in the multi-field coupling mechanics, which not only has important theoretical value but also strong background in device applications.
多铁性复合材料与结构具有多场耦合特性,在新型多功能器件中有重要应用前景。在微纳米尺度,挠曲电性和表面效应对结构的宏观力学性能有显著影响,发展有效预测微纳多铁性复合材料与结构的新力学行为的理论分析方法至关重要。项目针对微纳尺度的多铁性复合材料与结构,考虑由应变梯度作用打破了晶体局部对称性而产生的挠曲电性和表面效应,系统建立了适合多铁性功能器件设计的简化分析模型。重点研究了挠曲电性和表面效应对多铁性复合材料与结构的宏观力学性能的影响,导出了结构有效弹性模量、压电模量、固有频率和磁电耦合系数等重要器件设计参数的理论公式。理论设计了多铁性磁电俘能器、压电俘能器和作动器,并提出增强器件性能的具体方法。研究发现挠曲电性可显著提高结构的磁电耦合效应,表面效应可以提高结构的等效弹性模量与固有频率等。项目还研究了具有非线性效应的压电半导体内的力-电-载流子耦合行为、利用机械偏场实现了多铁性周期结构的带隙结构的主动调控。上述研究成果不仅为新型多铁性功能器件的应用与开发提供了重要的理论基础,还拓展了连续介质力学的研究范围、促进了多场耦合力学的发展。在项目的资助下,共发表SCI论文11篇,会议论文3篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.euromechsol.2013.02.005
发表时间:2013-09
期刊:European Journal of Mechanics - A: Solids
影响因子:--
作者:Chunli Zhang;Weiqiu Chen;Ch. Zhang
通讯作者:Ch. Zhang
DOI:10.1115/1.4027915
发表时间:2014-09
期刊:Journal of Applied Mechanics
影响因子:--
作者:Yi-lan Huang;Chunli Zhang;Wenteng Chen
通讯作者:Yi-lan Huang;Chunli Zhang;Wenteng Chen
Surface effects on anti-plane shear waves propagating in magneto-electro-elastic nanoplates
磁电弹性纳米板中传播的反平面剪切波的表面效应
DOI:10.1088/0964-1726/24/9/095017
发表时间:2015-08
期刊:Smart Materials and Structures
影响因子:4.1
作者:Wu, Bin;Zhang, Chunli;Chen, Weiqiu;Zhang, Chuanzeng
通讯作者:Zhang, Chuanzeng
Mechanically tunable band gaps in compressible soft phononic laminated composites with finite deformation
有限变形可压缩软声子层状复合材料中的机械可调带隙
DOI:10.1016/j.physleta.2014.05.032
发表时间:2014-06-13
期刊:PHYSICS LETTERS A
影响因子:2.6
作者:Huang, Y.;Shen, X. D.;Chen, W. Q.
通讯作者:Chen, W. Q.
Elastic Wave Band Structures and Defect States in a Periodically Corrugated Piezoelectric Plate
周期性波纹压电板的弹性波段结构和缺陷状态
DOI:10.1115/1.4027487
发表时间:2014-08
期刊:Journal of Applied Mechanics-Transactions of the ASME
影响因子:2.6
作者:Huang, Y.;Zhang, C. L.;Chen, W. Q.
通讯作者:Chen, W. Q.
挠曲电型力电耦合超材料中弹性波的传播与调控
- 批准号:Z25A020009
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:张春利
- 依托单位:
层状二维半导体结构多场耦合行为及应变调控研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:61万元
- 批准年份:2021
- 负责人:张春利
- 依托单位:
二维半导体结构多场耦合行为及其应变调控研究
- 批准号:LR21A020002
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2020
- 负责人:张春利
- 依托单位:
压电光电子学器件多场耦合力学行为及调控
- 批准号:11972319
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:张春利
- 依托单位:
压电半导体纳米结构的力学行为及调控机理研究
- 批准号:11672265
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:张春利
- 依托单位:
国内基金
海外基金
