位错与纳米尺度压电夹杂干涉以及失配位错形核研究

论文摘要

本文以含缺陷的压电/压电磁材料为研究对象，研究了广义螺型位错与含界面效应的纳米圆形夹杂、含弱界面的圆形夹杂、纳米薄膜之间的干涉效应。以往对于这方面的研究都主要集中于研究位错与微米级（或以上尺寸级别）夹杂或含理想界面夹杂的干涉效应。当夹杂尺寸达到纳米级或基体与夹杂的连接界面不完整时，由于强烈的界面效应和尺寸效应以及界面非完整参数的影响，位错与夹杂之间的干涉效应将会发生显著的变化，从而影响或改变压电材料的物理力学性能。本文运用复势弹性理论获得了一系列问题的封闭形式解答。同时将界面效应和非完整界面模型引入到了压电/压电磁介质中。首先，研究广义螺型位错与含界面效应的纳米圆形夹杂的电弹性干涉效应。获得了位错在基体中时，基体和夹杂中的位错力、应力场及电位移场的解析表达式，讨论了材料弹性模量失配和界面效应对位错力的影响。研究发现，当考虑界面效应时，含界面效应的纳米尺度软夹杂可以吸引基体中的广义螺型位错。正的界面效应对基体中的螺型位错排斥基体中的广义压电螺型位错。其次，研究纳米薄膜与基体界面上失配位错的形核机理。包括纳米孔内表面压电纳米薄膜与基体界面上失配螺型位错形核；纳米线外表面压电纳米薄膜与基体界面上失配位错形核。获得了薄膜界面失配位错形核的临界条件。讨论了材料弹性模量失配和失配应变对产生失配位错的薄膜临界厚度的影响。研究发现，当基体与薄膜的相对材料参数达到某一数值后，失配位错不能形核；当失配应变小于一定值时，失配位错也不能形核。最后，研究多铁性（压电磁）材料中广义螺型位错与含弱界面效应圆形夹杂的电磁弹性干涉效应。广义螺型位错位于基体或夹杂中，在位错心上作用有点力、点电荷和线电流。运用复势函数方法，获得了电磁弹性场得解析表达式。运用Peach-Koehler公式得到了作用在广义螺型位错上位错力的精确表达式。研究了非完整界面对夹杂中的电磁弹性场得影响。讨论了各种参数（界面非完整参数、材料弹性模量失配和位错的位置）对作用在界面附近的广义螺型上位错的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 压电材料的结构性能及其应用
• 1.2 位错理论的产生及其意义
• 1.3 位错与材料微结构干涉研究的意义和现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 本文的主要创新点
• 第二章 压电材料中螺型位错与含界面效应纳米尺度夹杂的干涉效应
• 2.1 引言
• 2.2 问题描述和基本公式
• 2.3 问题的解答
• 2.4 考虑无穷远加载时的应力场和电位移场
• 2.5 广义螺型位错上的位错力
• 2.6 结果分析与讨论
• 2.7 本章小结
• 第三章 压电材料中纳米尺度薄膜与基体界面上失配位错形核
• 3.1 引言
• 3.2 压电材料中纳米圆环形薄膜与含纳米孔基体界面上失配螺型位错的形核
• 3.2.1 问题的描述和基本公式
• 3.2.2 问题的解答
• 3.2.3 失配位错的形核条件
• 3.2.4 问题分析和讨论
• 3.3 压电材料中纳米线与圆环形纳米薄膜界面上失配螺型位错的形核
• 3.3.1 问题描述和基本公式
• 3.3.2 问题的解答
• 3.3.3 失配位错的形核条件
• 3.3.4 问题的分析和讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 压电磁材料中螺型位错与含弱界面圆形夹杂的干涉效应
• 4.1 引言
• 4.2 问题的描述和基本公式
• 4.2.1 问题的描述
• 4.2.2 基本公式
• 4.3 问题的解答
• 4.3.1 广义螺型位错在基体中
• 4.3.2 广义螺型位错在夹杂中
• 4.4 问题分析和讨论
• 4.4.1 无穷远均匀加载
• 4.4.2 广义螺型位错上的位错力
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 硕士学位期间所完成的学术论文
• 附录 B 攻读硕士学位期间参加的主要科研项目