撓曲電效應(yīng)橫向系數(shù)的理論與實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究.pdf

1、撓曲電效應(yīng)是一種比壓電效應(yīng)更廣泛存在于介電材料中的力電耦合效應(yīng)。撓曲電材料具有高力電耦合系數(shù)、顯著的尺度效應(yīng)、綠色環(huán)保及對(duì)環(huán)境溫度無(wú)特定要求等優(yōu)點(diǎn)，有望用于傳感器、作動(dòng)器、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)及能量收集器等領(lǐng)域。因此，基于撓曲電效應(yīng)的理論、實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究及其材料的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用日益受到人們的關(guān)注。本文以鈦酸鍶鋇(Barium Strontium Titanate，簡(jiǎn)稱BST)撓曲電材料為研究對(duì)象，從理論、實(shí)驗(yàn)和模擬三個(gè)方面對(duì)撓曲電效應(yīng)及其橫向系數(shù)進(jìn)行

2、了分析測(cè)試，主要的研究?jī)?nèi)容如下:
　　討論了撓曲電系數(shù)張量的對(duì)稱性，利用坐標(biāo)變換法獲得了m3m立方晶系材料的撓曲電系數(shù)矩陣表達(dá)式?；贐ST撓曲電微懸臂梁結(jié)構(gòu)，建立了橫向撓曲電系數(shù)測(cè)定的理論模型，為實(shí)驗(yàn)測(cè)試提供了理論依據(jù)。
　　選用壓電微驅(qū)動(dòng)器、超景深三維顯微鏡、鎖定放大器構(gòu)建了橫向撓曲電系數(shù)的測(cè)試平臺(tái)?；贐ST微懸臂梁的橫向撓曲電效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)分析了橫向撓曲電系數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)頻率的依賴關(guān)系，并討論了尺度效應(yīng)。利用壓電微驅(qū)動(dòng)器的低頻

3、激振，獲得了橫向撓曲電系數(shù)。結(jié)果表明:撓曲電材料在傳感方面呈現(xiàn)出明顯的尺度效應(yīng)。當(dāng)梁的厚度減小到微納米尺度時(shí)，其傳感特性將遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于壓電材料。
　　基于變分原理，推導(dǎo)了撓曲電材料的PDE方程及其弱形式，并提出了一種針對(duì)撓曲電材料的有限元仿真方法。借助于多物理場(chǎng)耦合有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics，實(shí)現(xiàn)了BST材料中撓曲電效應(yīng)的數(shù)值模擬，并為實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了理論驗(yàn)證。
　　上述研究工作可為撓曲電材料在傳感及其他