研究目的
提出并理论设计具有核壳结构的压电复合材料，以实现低外加电场下的高位移响应。
研究成果
压电复合材料中的核壳结构设计显著提升了低电场作用下的位移响应，较纯陶瓷材料实现了最高25倍的性能提升。该效果通过优化壳层体积分数、核体介电常数及杨氏模量实现，其原理在于增强局部电场效应并降低形变难度。
研究不足
该研究是理论性的，基于模拟而非实验验证。其假设线性压电效应并忽略电致伸缩效应，这在实际材料中可能不成立。核心材料为人工合成，可能无法实际实现。
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核壳结构诱导的压电陶瓷高位移响应：理论设计
DOI：10.1016/j.ceramint.2019.01.225
期刊：Ceramics International
出版年份：2019
更新时间：2025-09-24 01:41:38
摘要：
本研究提出了一系列具有核壳结构的压电复合材料，旨在实现低外加电场下的高位移响应。其外壳和内核分别由压电材料与非压电材料构成。通过有限元法（FEM）模拟了局部电场分布与位移响应，结果表明：在2 kV/mm外加电场下，这类核壳结构复合材料的最大压电位移响应可达纯压电陶瓷的25倍——这源于外壳内部局部电场被增强至数十倍于外加电场的现象。研究同时指出，采用更小的外壳体积分数、提高内核介电常数或降低内核杨氏模量，均可进一步提升压电复合材料的位移响应。
作者：
Ziming Cai，Zhenyong Cen，Bingcheng Luo，Longtu Li，Xiaohui Wang
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