铁电材料的本构关系与电疲劳和热效应

【作者】 余寿文；

【机构】 清华大学工程力学系；

【摘要】 本文综述作者研究组在铁电材料电疲劳及损伤的研究成果。铁电材料由于其优异的物理和力学性能,在现代智能材料和结构领域中得到了广泛的应用。其中,力电耦合行为是铁电器件研究的重点之一,然而电疲劳及损伤却成为其进一步扩大应用的障碍。本文就铁电材料的非线性本构行为及电载荷下疲劳损伤问题进行了研究。基于连续畴变模型,提出了电畴连续翻转的本构模型,考虑了疲劳损伤及尺寸效应对铁电材料本构关系的影响,提出了比较简洁的本构关系,以解释铁电迟滞回线的一些新现象,阐明纳米尺度下铁电材料产生尺寸效应的机理。基于细观的电畴形核的规律,得到了在力/电载荷下的畴变体积分数的演化方程。以畴变体积分数作为内变量,得到了简单的铁电材料的基于细观分析的唯象本构关系。利用连续畴变模型,预测了铁电材料非线性本构行为.点缺陷聚集和空间电荷对畴壁的钉扎电荷的电性质和分布对蝶形曲线的非对称性有着本质的影响,而点缺陷主要影响极化和应变的大小。解释了实验中观测到的非对称蝶形曲线的多样性现象。其次,基于点缺陷偶极子的排列和点缺陷扩散引致的电畴钉扎这两大机制,建立了辐照损伤/掺杂下的铁电本构关系。解释了实验观测中的由缺陷引起的畸形电滞回线现象。更多还原