挠曲电效应横向系数的理论与实验技术研究.pdf

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1、挠曲电效应横向系数的理论与实验技术研究TheoreticalandExperimentalTechnologyResearchontheTransverseCoefficientofFlexoelectricity姓2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文

2、作者签名：沙}海¨弓f2．Et学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密d。学位论文作者签名：艚撕虢如反刀l毕年5月I2-

3、EI≯付年／月幢日江苏大学硕士学位论文摘要挠曲电效应是一种比压电效应更广泛存在于介电材料中的力电耦合效应。挠曲电材料具有高力电耦合系数、显著的尺度效应、绿色环保及对环境温度无特定要求等优点，有望用于传感器、作动器、结构健康监测及能量收集器等领域。因此，基于挠曲电效应的理论、实验技术研究及其材料的开发、应用目益受到人们的关注。本文以钛酸锶钡03ariumStrontiumTitanate，简称BSl’)挠曲电材料为研究对象，从理论、实验和模拟三个方面对挠曲电效应及其横向系数进行了分析测试，主要的研究内容如下：讨论了挠曲电系数张量的对称性，利用坐标变换法获得J"m3m立方晶系材料的挠曲

4、电系数矩阵表达式。基于BST挠曲电微悬臂梁结构，建立了横向挠曲电系数测定的理论模型，为实验测试提供了理论依据。选用压电微驱动器、超景深三维显微镜、锁定放大器构建了横向挠曲电系数的测试平台。基于BST微悬臂梁的横向挠曲电效应，实验分析了横向挠曲电系数对驱动频率的依赖关系，并讨论了尺度效应。利用压电微驱动器的低频激振，获得了横向挠曲电系数。结果表明：挠曲电材料在传感方面呈现出明显的尺度效应。当梁的厚度减d,N微纳米尺度时，其传感特性将远远优于压电材料。基于变分原理，推导了挠曲电材料的PDE方程及其弱形式，并提出了一种针对挠曲电材料的有限元仿真方法。借助于多物理场耦合有限元仿真软件COM

5、SOLMultiphysics，实现了BST材料中挠曲电效应的数值模拟，并为实验结果提供了理论验证。上述研究工作可为挠曲电材料在传感及其他领域的进一步应用提供初步的理论指导和实验依据。关键词：挠曲电效应，应变梯度，钛酸锶钡，微悬臂梁，有限元模拟挠曲电效应横向系数的理论与实验技术研究II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTFlexoelectricityexistedindielectricmaterialsisakindofmorecommonelectromechanicalcouplingphenomenonthanpiezoelectricity．Flexoelectricm

6、aterialshaveahigherelectromechanicalcouplingcoefficient，anobviousscaleeffectandshowagoodenvironmentalperformance．Moreover，theworkingtemperaturecallbeyondthecurietemperatureaswellasmanyothergoodpropertiesBecauseofthesecharacteristics，flexoelectricmaterialsmayhaveimportantapplicationsinareassuch

7、assensors，actuators，structuralhealthmonitoring，energyharvesting，etc．Therefore，thetheoreticalandexperimentaltechnologyresearchbasedonflexoelectricityandthedevelopmentsandapplicationsofflexoelectricmaterialsaregettingmoreandmoreattention．