北航在多孔材料挠曲电效应方面获得重要进展

近日，北京航空航天大学航空学院固体力学研究所副教授邵丽华及其合作者在国际固体力学知名期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》 (JMPS)上发表研究论文“Ultrahigh flexoelectric effect of 3D interconnected porous polymers: modelling and verification”，报道了在多孔材料挠曲电效应方面的最新研究成果。

力电耦合是机械能和电能之间相互转化的重要效应。其中，挠曲电效应由于其小尺寸效应、不受材料对称性和居里温度限制的特点，在结构健康监测领域、新型应变梯度传感器、新型压电/挠曲电复合材料、新型加速度传感器等方面具有广阔的应用前景。因挠曲电效应与应变梯度正相关，现有研究主要集中在针对不规则形状或特殊载荷作用下宏观实体材料的挠曲电效应上，但是实体材料的挠曲电输出通常很低，提高材料的挠曲电输出是一个广受关注的挑战性课题。

受挠曲电的小尺寸效应的启发，邵丽华副教授课题组研究了三维微纳米多孔材料的挠曲电效应，首次提出并证明了多孔材料在宏观均匀压缩、弯曲加载下均有可观的挠曲电输出，并建立了多孔材料的挠曲电效应模型，系统地揭示了多孔材料挠曲电输出的几何依赖性，为多孔材料挠曲电效应及其结构的设计和优化提供了重要的依据与指导。该工作通过测量多孔聚二甲基硅氧烷(PDMS)和多孔聚偏二氟乙烯(PVDF)的挠曲电响应验证了理论模型，与实体材料相比，多孔材料具有全向挠曲电性能，且在宏观尺度上多孔PDMS比实体截断金字塔PDMS的比质量挠曲电电流高两个数量级,可作为轻质无源传感器使用。论文工作被审稿人认为“理论清晰、实验利落”。

图1多孔材料宏/微观变形和挠曲电效应示意图。

图2多孔PDMS比实体截断金字塔PDMS的比质量挠曲电电流高两个数量级。

图3多孔PDMS薄膜弯曲传感器：(a)不同弯曲角度和(b)相应的挠曲电信号输出。

航空学院固体力学研究所邵丽华副教授是论文的唯一通讯作者，她是我校“卓越百人”计划入选者，主要研究方向是微纳米力学、复合材料力学、新型功能材料性能与应用。论文的共同第一作者是我校航空学院硕士研究生张名远、闫东泽同学，论文的合作者为北京大学王建祥教授。该项研究得到了国家自然科学基金的支持。

来源：北京航空航天大学
文章链接：

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509621000818?dgcid=author

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