宏观尺度下固体电介质材料挠曲电效应实验方法及实验关键技术研究

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基本信息

  • 批准号:
    11672352
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0812.实验固体力学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Flexoelectricity describes the inhomogeneous strain field-induced (destroying the Centro-symmetry) electric polarization. The obtaining of flexoelectric coefficient in different dielectric materials is the main and key point of the research of the flexoelectricity. There are merely several experimental methods on measuring the certain flexoelectric coefficient components due to the complication of the flexoelectricity. The current researches lack the systematicness and integrity. Hence, the experimental method researches with their key technology development on solid dielectric materials are necessary and important. In this research, the experimental method research on both the flexoelectric and converse flexoelectric research are planned. Different flexoelectric coefficient components are needed to be originally obtained with novel method and special experimental devices. The already-known flexoelectric coefficient components are required to be researched in higher precision and optimized experiment method. In this research, the design of the specimens, the choice and optimization of load exerting method, the low cut off frequency-electric charge measurement, and the micro scale deformation detecting methods are required to be done. Based on the current experimental methods and technology, two types of solid dielectric materials are chose to research the flexoelectric and converse flexoelectric coefficient components, with the novel experimental devices and the newly-designed experiment methods. In this research, experimental method and the relating devices with higher precision will be presented. More flexoelectric coefficient components will be originally obtained experimentally in this research, which is support for the theory development of flexoelectricity and the application of it.
由非均匀应变场破坏反演对称而产生的电极化现象称为挠曲电现象,材料挠曲电系数的获取是挠曲电研究领域的重点与难点。由于挠曲电特性的复杂性,国内外现有实验方法仅能测量几个典型系数分量,缺乏系统性和完备性。因此,本研究拟针对宏观尺度下固体电介质材料挠曲电系数的测量方法和实验的关键技术展开研究。拟通过经典力学理论、电磁场理论,结合挠曲电理论进展及各系数分量的特点,设计和优化正、逆挠曲电系数测量的实验方法,实现挠曲电系数分量的准确测量和进一步研究;针对实验需求,对试件应变梯度设计、加载模式、极低频微小电荷测量、微小形变测量等关键技术展开研究。在已有测量方法研究的基础上,针对陶瓷材料及高分子聚合物两类材料的不同挠曲电系数分量开展相应的实验方法研究,研制出相应的实验仪器,提供精度更高的加载和测量实验方法和手段。本项目将获得更多目前尚未得到的挠曲电系数分量,为挠曲电理论的进一步发展和应用提供技术支撑。

结项摘要

力-电耦合效应及其材料研究是满足航天结构在轨精指向调节、智能振动控制等国家重大战略需求的重要内容,而挠曲电效应因其尺寸相关性、宽使用温度范围和力学可设计性等优势越来越多地受到关注。本课题项目名称为宏观尺度下固体电介质材料挠曲电效应实验方法及实验关键技术研究,基本任务为在宏观尺度下对固体电介质材料的挠曲电效应开展实验方法研究,其中包括设计和研发挠曲电效应激励和测试系统、设计实验方法、搭建实验系统、突破实验关键技术、及对宏观尺度下固体介电材料的挠曲电效应开展系统性实验研究。本课题圆满地完成了预期任务,其中包括;研制了实验专用的挠曲电效应的激励和测试系统,完成了纵向、横向和剪切向挠曲电效应的系统性实验研究、挠曲电效应解耦研究、逆挠曲电效应及其作动器研究、挠曲电效应增强研究等。相关研究填补了宏观尺度下挠曲电效应实验研究相关设备的空白,以直线式微位移作动器为例,其输出力600 N、开环输出精度优于0.1 m,行程超过1 mm;实现了低对称性固体电介质材料挠曲电系数实验研究系统性研究;利用联立耦合实验的方法解耦了挠曲电系数、获取了本征挠曲电系数并掌握了相关研究方法,确定了解耦后的挠曲电系数值为10-9~10-10 C/m数量级;利用逆挠曲电效应实现了挠曲电作动器,作动精度优于1 nm;利用介电常数梯度、几何结构设计等方法实现了挠曲电效应的增强,增强后的等效挠曲电效应比原效应高出一个数量级。相关研究为挠曲电效应研究向微观尺度进展和应用研究,包括基于航天器结构精指向调节和微振动控制的微小位移作动器和高精度力学量传感器等研究提供了重要支撑。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Tunable Flexoelectricity of Elastomers
弹性体的可调节挠曲电性
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.0c07201
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shuwen Zhang;Kaiyuan Liu;Tonghui Wu;Minglong Xu;Shengping Shen
  • 通讯作者:
    Shengping Shen
Experimental approach for measuring cylindrical flexoelectric coefficients
测量圆柱挠电系数的实验方法
  • DOI:
    10.1063/1.4993830
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Shuwen Zhang;Kaiyuan Liu;Tonghui Wu;Minglong Xu;Shengping Shen
  • 通讯作者:
    Shengping Shen
Flexoelectricity in pyramid compression: decoupling from effective to intrinsic
金字塔压缩中的柔电:从有效到内在的解耦
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/ab5c50
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Journal of Physics D: applied Physics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hui Ji;Shuwen Zhang;Kaiyuan Liu;Tonghui Wu;Minglong Xu;Shengping Shen
  • 通讯作者:
    Shengping Shen
A curved resonant flexoelectric actuator
弯曲谐振挠曲电致动器
  • DOI:
    10.1063/1.4986370
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Shuwen Zhang;Kaiyuan Liu;Minglong Xu;Shengping Shen
  • 通讯作者:
    Shengping Shen
Diversity of transverse flexoelectricity in non-poled polyvinylidene fluoride
非极化聚偏二氟乙烯横向挠曲电的多样性
  • DOI:
    10.1063/5.0020950
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Shuwen Zhang;Kaiyuan Liu;Tonghui Wu;Hui Ji;Minglong Xu;Shengping Shen
  • 通讯作者:
    Shengping Shen

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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张希农
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  • 期刊:
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  • 发表时间:
    --
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  • 通讯作者:
    徐明龙
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    张东利;徐明龙;陈振茂;卢天健
  • 通讯作者:
    卢天健

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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