层状电磁复合材料的本构关系与测试表征方法-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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层状电磁复合材料的本构关系与测试表征方法

项目名称：层状电磁复合材料的本构关系与测试表征方法
项目类别：重大项目
批准号：11090331
申请代码：A0203
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2011-01-01-2014-12-31

项目负责人：方岱宁
负责人职称：教授
依托单位：北京大学
批准年度：2010

中文摘要：

铁电、压电、铁磁等电磁功能材料及结构在国民经济与国家安全中发挥着不可替代的重要作用，传统的块体材料已无法满足实现更高的功能指标要求和微型化发展趋势，近年来发展起来的层状电磁复合材料是满足当前更高应用需求的首选材料。本课题将以这类材料的本构关系为研究目标，采用第一性原理计算、朗道相变理论等方法研究界面效应和尺度效应的物理和力学机制，利用细观力学、等效电路、非线性有限元、相场模拟的方法分析材料静动态磁电弹耦合效应以及电（磁）畴微结构演化过程，发展基于原子力显微术的磁畴、电畴演化的在位观测表征方法，探索磁畴、电畴演化与磁电弹效应之间的内在联系，同时研究多轴及力电磁多场耦合的静动态加载技术与测试方法，为材料本构关系的建立奠定实验基础。最终将创新建立层状电磁复合材料含表/界面效应和尺度效应的多场耦合的本构关系，为这类新材料的设计、制备和应用提供指导，在理论研究和实验方法方面取得一批原创性成果。

中文主题词：磁电复合材料；本构关系；表征方法；界面效应；

英文摘要：

Magnetoelectric composites；constitutive laws；characterization methods；Interface effect；

英文主题词： Magnetoelectric composites；constitutive laws；characterization methods；Interface effect；

结论摘要：

本课题针对层状磁电复合材料的本构关系和测试表征方法进行了系统深入的研究，完成了所有的原定研究计划，取得了一系列创新性的研究成果。在J Mech Phys Solids, Appl Phys Lett, Phys Rev B, Rev Sci Instrum等本领域权威期刊上发表SCI论文94篇，获得授权国家发明专利5项。培养博士生7名，硕士3名，一批青年学者在课题的研究中成长起来。本课题主要在仪器与测试表征方法、理论模型与计算方法、新材料与新结构、新现象四个方面取得了以下创新性成果（1）研制了力电磁耦合纳米压痕仪、多轴鼓泡仪，并提出电磁材料微区模量和硬度的表征方法；提出了基于层状压电复合梁接触共振的无损检测新方法和系统；提出层状磁电材料动态非线性的表征方法；实现了定量表征纳米铁电畴的扫描探针声学显微术AFAM；（2）建立了层状磁电材料的非线性本构模型、基于层合板理论并考虑表/界面效应的耦合模型，以及基于磁弯矩效应的层状磁电材料的本构关系和等效电路网络；（3）提出了基于磁力弯矩效应的层状磁电新材料，实现了16000V/cm.Oe的超高磁电耦合系数，提出了基于层状压电复合结构的柔性能量收集器；（4）首次在层状磁电材料中实现了磁控180度电畴翻转，提出了在铁电单晶外延薄膜中通过剪切应变诱导准同型晶界的新机制。

成果综合统计