研究进展
局部覆盖挠曲电层的层合微梁之尺寸效应

我中心付广洋讲师(第一作者)在Tin-Walled Strutures期刊(工程技术类,中科院2区期刊,影响因子:4.442,期刊号:0263-8231)上发表文章On the size dependency of a dielectric partially covered laminated microbeam

微纳构件的力电响应具有挠曲电效应。挠曲电效应指的是应变梯度与极化的耦合,是一种高阶力电耦合效应。与传统的压电效应不同,挠曲电效应随着构件特征尺寸减小而显著增强,且存在于所有电介质材料,为新型微纳器件制造提供了可能。然而,传统压电理论无法解释挠曲电效应现象。挠曲电效应的准确刻画成为微纳制造技术发展的瓶颈。

本文基于广义的应变梯度理论,引入正、逆挠曲电效应当量内能密度函数,基于最小势能原理,构建了局部覆盖挠曲电层的层合微梁挠曲电响应理论模型,推导了微梁挠曲电响应控制方程与边界条件,分析了微梁正、逆挠曲电响应的尺寸效应,准确刻画了微构件的挠曲电响应,为基于挠曲电效应的新一代微纳器件制造提供了理论基础和指导。

控制方程与边界条件


结果讨论:


      研究结果表明挠曲力电耦合作用下产生的电荷、极化、电势和弯曲挠度具有明显尺寸效应。电荷、极化、电势和弯曲挠度随着微梁厚度和内禀长度之比的减小而不断变大。此外,挠曲的长度和厚度对于挠曲力电响应的影响取决于外载荷、等效弯矩和弯曲刚度。对于两端固支微梁,挠曲层长度的增大使得弯曲挠度和电荷先增大后减小。当厚度比为1,长度比0.66时,电荷达到最大值;当厚度比为1,长度比为0.56时,挠度达到最大值。以上研究为微纳器件的制造和实验提供了理论基础和指导。