力电耦合作用下铁电单晶裂纹扩展机理研究

项目名称： 力电耦合作用下铁电单晶裂纹扩展机理研究

项目编号： No.11402177

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 李应卫

作者单位： 武汉大学

项目金额： 28万元

中文摘要： 理解铁电材料力电耦合作用下的断裂破坏机理是对铁电器件优化设计和可靠性评估的关键。过去学者已通过测量铁电陶瓷的宏观断裂韧性和裂纹扩展速率探讨过铁电材料的断裂破坏过程，但因缺乏裂纹扩展及裂尖畴变行为的详细实验数据，到目前为止，铁电材料断裂破坏的实际物理力学过程仍不清晰，并且，理论模型与实验结果还存在诸多矛盾。为此，本项目拟搭建原位加载实验平台，通过同步观测铁电单晶在外载作用下的裂尖畴变和裂纹扩展行为，进一步了解裂纹扩展与裂尖畴变之间的相互作用机制，揭示铁电材料的断裂机理。考虑到裂尖畴变在裂纹扩展中起关键作用，我们也将研究铁电单晶在力电耦合作用下的电畴演化和宏观响应特性，从不同层面理解约束对铁电材料电畴翻转行为的影响。最后，我们将集成实验结果，细化铁电材料电畴演化行为的描述办法，建立考虑裂纹尖端非协调畴变效应的铁电单晶断裂模型，对影响铁电材料断裂破坏的关键因素进行定量分析。

中文关键词： 铁电单晶；原位观测；力电耦合；电边界条件；断裂力学

英文摘要： Understanding the fracture behavior of ferroelectrics during electro-mechanical loading is the key issue for designing and lifetime assessment of ferroelectric devices. During the past decades, the fracture behavior of ferroelectrics has been intensively

英文关键词： ferroelectric crystal；in-situ observation；electro-mechanical coupling；electric boundary condition；fracture mechanics