铁电材料纳米尺度力电耦合力学的分析模拟及其在压电力显微技术中的应用

力电耦合现象普遍存在于自然界多种材料和体系中。在铁电材料，尤其是纳米尺度铁电材料中，力电耦合效应很大程度决定了其宏观性能，从而影响铁电材料的实际应用。作为纳米尺度力电耦合行为研究不可或缺的手段，压电力显微技术已被广泛用于铁电材料局部力电耦合的研究中。近年来，通过压电力显微镜，对铁电材料纳米尺度力电耦合行为的实验研究，虽然取得了巨大的进展，但是相应的理论分析，特别是针对铁电材料纳米尺度局部形变的分析与模拟，远远落后于实验研究的需求。基于此，我们在本项目中，将针对压电力显微镜在铁电材料中的应用，分析铁电材料纳米尺度的局部形变，模拟其复杂的力电耦合行为、研究其多样的微观结构及缺陷对力电耦合响应的影响，以通过压电力显微镜，实现准确定量确定其纳米尺度压电系数、重构铁电材料三维电畴结构，为铁电材料纳米尺度力电耦合行为研究提供可靠的定量分析方法，从而极大加深人们对铁电材料的理解。

力电耦合现象在自然界多种材料和体系中普遍存在。具有力电耦合效应的铁电材料，尤其是纳米尺度铁电材料，因其优异的压电、介电等性能，使得它在驱动器、传感器等方面具有广泛的应用前景。力电耦合效应很大程度决定了铁电材料宏观性能，影响着铁电材料的实际应用。近年来，压电力显微技术已成为了纳米尺度力电耦合行为研究的重要手段，促进了铁电材料纳米尺度力电耦合行为的实验研究，但是针对铁电材料纳米尺度局部形变的分析与模拟，远落后于实验研究的需求。为此，我们针对压电力显微镜在铁电材料中的应用，建立了一套适用于分析纳米尺度力电耦合的全耦合方法，模拟了复杂的力电耦合行为，分析出了铁电材料纳米尺度的局部形变，以及复杂的微观畴结构、相界缺陷对力电耦合响应的影响，提出了纳米尺度压电系数的定量及其三维电畴结构分析方法，并紧密结合压电力显微技术实验和理论分析，深刻揭示了纳米尺度复杂相界强力电耦合效应的机制，并提出了相关增强力电耦合行为的方法。这些成果为铁电材料纳米尺度力电耦合行为的研究提供了定量分析方法，加深了对铁电材料力电耦合行为的理解。相关研究工作，目前已在Advanced Materials、Acta Materialia、Physical Review B (Rapid Communication)、Physical Review B、Applied Physics Letters、Nanoscale、Journal of Applied Physics等国际著名学术期刊上发表SCI源刊论文16篇。

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