本文關(guān)鍵詞：力—電場(chǎng)作用下鐵電材料微觀結(jié)構(gòu)演變的相場(chǎng)模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鐵電材料作為一類具有力-電轉(zhuǎn)化功能的智能材料,其宏觀的力電轉(zhuǎn)化效能、相變與力學(xué)行為與材料細(xì)微觀的疇結(jié)構(gòu)、疇界、極化取向等密切關(guān)聯(lián)。眾所周知,鐵電材料內(nèi)部的電疇結(jié)構(gòu)又極易被機(jī)械約束、溫度、電場(chǎng)等外界因素所改變,進(jìn)而直接影響鐵電宏觀器件的使用性能和工作周期,同時(shí)也使得鐵電材料的力電耦合行為比一般材料更加復(fù)雜。因此,開(kāi)展多場(chǎng)耦合下鐵電材料微觀結(jié)構(gòu)演變以及研究疇結(jié)構(gòu)及疇翻轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)性能的研究不僅是提高以鐵電材料為基礎(chǔ)的宏觀器件性能不可或缺的途徑,同時(shí)也是促進(jìn)鐵電材料在復(fù)雜的工作環(huán)境應(yīng)用的有效手段。本文采用相場(chǎng)方法,以熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基本原理為基礎(chǔ),針對(duì)鐵電材料相變過(guò)程中微結(jié)構(gòu)演化及電疇特征進(jìn)行了數(shù)值仿真研究。采用時(shí)變的金茲堡-朗道(Time Dependent Ginzburg-Landau)方程來(lái)描述鐵電材料在多場(chǎng)耦合作用下相變過(guò)程中疇結(jié)構(gòu)以及疇界等微觀結(jié)構(gòu)的演化動(dòng)力學(xué)特性,開(kāi)展了PbTiO3材料外電場(chǎng)、外力誘發(fā)下的相變機(jī)制與疇結(jié)構(gòu)演變過(guò)程的模擬。研究表明:無(wú)外場(chǎng)作用下,鐵電材料內(nèi)部電疇結(jié)構(gòu)隨著系統(tǒng)整體能量的演化,發(fā)生形核和生長(zhǎng)的過(guò)程;其中新疇通過(guò)擴(kuò)張和吞噬周邊疇的形式長(zhǎng)大,達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后,疇結(jié)構(gòu)不再隨時(shí)間變化,疇壁規(guī)整,疇結(jié)構(gòu)滿足一定的規(guī)律性。在無(wú)外場(chǎng)下穩(wěn)定演變結(jié)果的基礎(chǔ)上,外加電場(chǎng)作用,平衡狀態(tài)被打破后,電疇隨著疇壁的運(yùn)動(dòng)生長(zhǎng)變大,其中不同區(qū)域的極化疇分別進(jìn)行著90度或180度的極化反轉(zhuǎn),當(dāng)系統(tǒng)能量達(dá)到極小值時(shí),結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),不再隨時(shí)間變化。在無(wú)外場(chǎng)下穩(wěn)定演變結(jié)果的基礎(chǔ)上,外加應(yīng)力作用,平衡狀態(tài)被打破后,只發(fā)生可以降低彈性能的90度疇的極化反轉(zhuǎn),達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),疇結(jié)構(gòu)不再隨時(shí)間變化。本文建立的可以用來(lái)描述力電耦合下作用鐵電材料微觀組織結(jié)構(gòu)演變過(guò)程的相場(chǎng)模型,為深入探究鐵電材料的細(xì)微觀研究方法提供基本的理論依據(jù)與分析途徑。同時(shí)也為以鐵電材料為基礎(chǔ)的敏感器件在實(shí)際工程應(yīng)用中力電學(xué)性能的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)提供一定的理論指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：鐵電材料 有限元方法 微結(jié)構(gòu)演化 相場(chǎng)理論
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB381
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-17
• 1.1 鐵電材料概述8-11
• 1.1.1 鐵電材料的基本概念8-9
• 1.1.2 鐵電材料的發(fā)展歷史9
• 1.1.3 鐵電材料的應(yīng)用領(lǐng)域9-11
• 1.2 相場(chǎng)方法概述11-15
• 1.2.2 相場(chǎng)方法的理論模型12-13
• 1.2.3 相場(chǎng)方法在微結(jié)構(gòu)演變模擬中的應(yīng)用13-15
• 1.3 課題的提出以及本文主要工作15-17
• 第二章 力電耦合下鐵電材料疇演變的相場(chǎng)模型17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 力電耦合下鐵電材料疇演變相場(chǎng)模型的建立17-19
• 2.2.1 熱力學(xué)函數(shù)17-18
• 2.2.2 各物理場(chǎng)的本構(gòu)方程18
• 2.2.3 各物理場(chǎng)的平衡方程和邊界條件18-19
• 2.3 相場(chǎng)方程及數(shù)值求解方法19-21
• 2.3.1 傅里葉譜方法19-20
• 2.3.2 有限元方法20-21
• 2.4 有限元弱形式推導(dǎo)與離散21-22
• 2.5 PbTiO_3鐵電材料疇演變的相場(chǎng)模型22-30
• 2.5.1 熱力學(xué)函數(shù)與平衡方程22-23
• 2.5.2 材料參數(shù)與無(wú)量綱化23-24
• 2.5.3 模型驗(yàn)證及結(jié)果24-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 力-電場(chǎng)作用下PbTiO_3材料疇演變的相場(chǎng)模擬31-61
• 3.1 引言31
• 3.2 不同應(yīng)力狀態(tài)下的鐵電疇結(jié)構(gòu)演變31-43
• 3.2.1 不同應(yīng)力方向下的鐵電疇結(jié)構(gòu)演變31-35
• 3.2.2 不同應(yīng)力強(qiáng)度下的鐵電疇結(jié)構(gòu)演變35-43
• 3.3 不同外電場(chǎng)作用下的鐵電疇結(jié)構(gòu)演變43-54
• 3.3.1 不同電場(chǎng)方向下的鐵電疇結(jié)構(gòu)演變43-46
• 3.3.2 不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的鐵電疇結(jié)構(gòu)演變46-51
• 3.3.3 交變電場(chǎng)下的鐵電疇結(jié)構(gòu)演變51-54
• 3.4 力電耦合作用下的鐵電疇結(jié)構(gòu)演變54-60
• 3.5 本章小結(jié)60-61
• 第四章 總結(jié)和展望61-63
• 4.1 全文總結(jié)61-62
• 4.2 工作展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 致謝68

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;科學(xué)家揭秘鐵電材料的光電機(jī)制[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2011年09期

2 馮杰;;倍受關(guān)注 西安交大鐵電材料領(lǐng)域取得重大突破[J];科技資訊;2004年05期

3 徐嘉鵬;;我國(guó)鐵電材料研究取得重大突破[J];功能材料信息;2004年01期

4 唐重林;柴常春;婁利飛;樓曉強(qiáng);;鐵電材料的核輻射效應(yīng)[J];材料導(dǎo)報(bào);2007年08期

5 殷江;袁國(guó)亮;劉治國(guó);;鐵電材料的研究進(jìn)展[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2012年03期

6 婁曉杰;;鐵電材料的極化疲勞:基本機(jī)理和最新進(jìn)展(英文)[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2013年06期

7 黃仲臧;;利用鐵電材料進(jìn)行熱電能量轉(zhuǎn)換——一種新型的固態(tài)熱發(fā)電機(jī)[J];硅酸鹽通報(bào);1982年01期

8 鮑婕;黃春海;;用于納米鐵電材料介電性能測(cè)試的粉體電極[J];浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào);2007年06期

9 符春林;潘復(fù)生;蔡葦;鄧小玲;;鐵電材料的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀[J];重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年06期

10 李承恩，，薛軍民，倪煥堯，殷之文;含鉛弛豫鐵電材料合成過(guò)程中的燒錄石相[J];功能材料與器件學(xué)報(bào);1996年02期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 方岱寧;;鐵電材料非線性電機(jī)械行為的分析[A];“力學(xué)2000”學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2000年

2 賀巖松;范鏡泓;;多晶鐵電材料的非線性力電耦合性能描述[A];“力學(xué)2000”學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2000年

3 李松霞;包生祥;王志紅;戴林杉;曾慧中;陳坤;;電疇的顯微方法特點(diǎn)研究[A];2003年納米和表面科學(xué)與技術(shù)全國(guó)會(huì)議論文摘要集[C];2003年

4 張麗屏;余壽文;;循環(huán)電載引起的熱效應(yīng)對(duì)鐵電材料斷裂的影響[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

5 王自強(qiáng);劉峰;;鐵電材料非線性本構(gòu)行為[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（上）[C];2005年

6 丑修建;翟繼衛(wèi);姚熹;;鈦酸鋇基鐵電材料的介電非線性研究[A];《硅酸鹽學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

7 丑修建;翟繼衛(wèi);姚熹;;鈦酸鋇基鐵電材料的介電非線性研究[A];《硅酸鹽學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（二）[C];2007年

8 余壽文;;鐵電材料的在循環(huán)電載作用下的熱效應(yīng)與疲勞[A];第十四屆全國(guó)疲勞與斷裂學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

9 喬利杰;;電場(chǎng)-大氣水吸附共同作用下鐵電材料的斷裂[A];第十五屆全國(guó)疲勞與斷裂學(xué)術(shù)會(huì)議摘要及論文集[C];2010年

10 潘鍇;劉運(yùn)牙;李江宇;;鐵電材料的壓電力顯微技術(shù)響應(yīng)分析[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 何屹;科學(xué)家揭秘鐵電材料的光電機(jī)制[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

2 辛 力;改進(jìn)鐵電材料手機(jī)省“芯”[N];大眾科技報(bào);2004年

3 記者 張孺海 陳熹 通訊員 胡艷華;在“元”單位里探索[N];湖北日?qǐng)?bào);2004年

4 康文華 張黛微 記者 張哲浩;我學(xué)者發(fā)現(xiàn)40倍于普通壓電效應(yīng)的鐵電材料[N];科技日?qǐng)?bào);2004年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李曦;環(huán)境對(duì)鐵電材料及石墨烯性能影響的第一原理研究[D];北京科技大學(xué);2016年

2 陳浩森;鐵電材料動(dòng)態(tài)斷裂力學(xué)研究[D];清華大學(xué);2015年

3 薄惠豐;光電晶體中壓電力顯微成像與疇區(qū)動(dòng)力學(xué)研究[D];南京大學(xué);2011年

4 李傳青;弛豫鐵電材料的合成及其光學(xué)和電學(xué)特性研究[D];華東師范大學(xué);2016年

5 蔣艷平;低維鈦酸鍶鉛鐵電材料的制備及電學(xué)與光學(xué)性能研究[D];湘潭大學(xué);2012年

6 郭鳴;鉍基類鈣鈦礦鐵電材料的合成及性質(zhì)研究[D];華東師范大學(xué);2010年

7 吳亮;基于鈦酸銅鈣、鈮酸鋰鐵電材料的太赫茲波調(diào)制特性研究[D];華中科技大學(xué);2011年

8 賀巖松;鐵電材料非線性力電耦合關(guān)系研究[D];重慶大學(xué);2003年

9 呂煒;鐵電材料與形狀記憶合金的宏細(xì)觀本構(gòu)研究[D];清華大學(xué);1998年

10 鄭克玉;兩種鐵電材料的超微粉及細(xì)晶陶瓷的制備與性能研究[D];華中科技大學(xué);2009年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 亢慧;鐵電材料動(dòng)態(tài)電—力學(xué)特性的相場(chǎng)數(shù)值研究[D];北京理工大學(xué);2015年

2 陳玉博;ABO_3型低維鐵電材料在不同外場(chǎng)下的疇變觀測(cè)[D];湘潭大學(xué);2015年

3 劉曼;鐵電材料電熱效應(yīng)的應(yīng)變調(diào)控[D];浙江大學(xué);2015年

4 郭曉東;BFO-SBTi復(fù)合鐵電材料的制備及性能研究[D];山東建筑大學(xué);2016年

5 孫芮;力—電場(chǎng)作用下鐵電材料微觀結(jié)構(gòu)演變的相場(chǎng)模擬研究[D];蘭州大學(xué);2016年

6 李明宇;鐵電材料可調(diào)率測(cè)量原理及裝置研究[D];華中科技大學(xué);2009年

7 王偉超;摻雜鉍層狀無(wú)鉛鐵電材料的電學(xué)與光學(xué)性能研究[D];河南大學(xué);2010年

8 陳剛;鐵電材料直流功放式測(cè)試硬件與軟件研究[D];華中科技大學(xué);2006年

9 田承越;鈦酸鉍鈉基無(wú)鉛鐵電材料的電疇及疲勞性質(zhì)研究[D];上海師范大學(xué);2015年

10 王傳聰;鈦酸鉍基鐵電材料的摻雜改性研究[D];華中科技大學(xué);2004年

  本文關(guān)鍵詞：力—電場(chǎng)作用下鐵電材料微觀結(jié)構(gòu)演變的相場(chǎng)模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：265389