电磁功能材料及器件在国家安全和国民经济中发挥着不可替代的重要作用。我国是电磁功能材料与器件的生产和使用大国,但却不是强国,一些高科技产品长期被发达国家所禁运和垄断,因此深入研究电磁功能材料的任务刻不容缓。为获得更高的功能指标以及器件微型化的需要,目前的发展趋势是将电磁功能材料制备成层状复合材料。该领域面临的两个主要挑战是(一)如何利用界面结构、应变失配、尺度效应等来设计高性能的层状电磁功能器件;(二)在力电磁场等复杂环境下的性能劣化与断裂破坏等可靠性问题。为此,本项目从力学与材料等多学科交叉层面来应对上述两个挑战,深入研究其中的共性科学问题,即含界面/尺度效应的本构关系与设计方法、动力学特性以及多场耦合的失效机理与破坏准则,争取获得原创性突破,实现层状电磁复合材料与结构的一体化设计、力电磁性能优化和破坏失效可靠性评价,为相应器件的设计和应用提供指导,更好地支撑国家相关领域的核心技术。
laminated magnetoelectric composites;interface;constitutive laws;dynamic responses;fracture analysis
本项目采取力学与材料学相结合的手段,抓住三个科学问题,即含界面/尺度效应的本构关系与设计方法、动力学特性以及多场耦合的失效机理与破坏准则,对层状电磁复合材料的界面结构和力学行为进行了系统而深入的研究。在理论与计算方法、仪器与测量技术、结构设计和性能调控、新现象与新机理、新材料与新结构五个方面取得了一系列创新性的成果。相关工作已发表SCI论文238篇,获得国家授权发明专利8项,培养博士生25名,硕士生18名。研究骨干中有1人获得中组部青年拔尖人才计划,1人入选北京市科技新星计划,2人获得基金委优秀青年基金,3人晋升为教授(研究员)。通过本重大项目的研究,一方面为新型电磁多功能器件的研制提供了丰富的理论基础和技术储备,另一方面有力地促进了多场耦合力学等交叉学科的发展。