微纳米磁致伸缩-压电多层膜的力磁电学性质研究

(1) 研究建立微纳米巨磁致伸缩（GMS）和压电材料（PZT）多层膜磁电复合系统合理有效的多场耦合力-磁-电本构关系，在可控应力和外场条件下，获得微纳米GMS和PZT多层膜系统的关于描述其力学、磁学和电学相关的基本理论与知识，为其在MEMS/NEMS中的应用提供理论基础。. (2) 在给定系统内禀物性（如各向异性、层间耦合等）与外形结构（如薄膜厚度、表面界面等）情况下，阐明微纳米GMS和PZT多层膜系统的伸缩、弯曲、扭转及振动等力学行为，获得在可控应力和外场条件下系统的内禀物性与磁电耦合特性的变化规律，为材料性能的优化提供理论依据。. (3) 深入研究GMS和PZT多层膜的表面与界面效应，努力弄清纳米尺度下磁电多场耦合系统力-磁-电本构关系，将系统相关力学、磁学和电学的基本理论真正推向纳米尺度领域。

本立项基本按照原定计划，在微纳米磁致伸缩和压电材料的力学、电学及磁学性质方面进行了应用基础研究，达到了原定目标。得到的成果有：（1）提出了一个改进的表面弹性模型（modified core-shell模型），并系统地研究了ZnO纳米结构元件的力学与电学方面性质。内容包括表面效应对弯曲ZnO纳米线压电电势、弹性性质、轴向荷载下的屈曲以及弯曲振动固有频率等物理性质的影响。（2）研究了纳米超薄膜材料的力学与磁学性质。从E. du Tremolete 给出的最基本的超薄膜弹性能和磁弹性能出发研究了非磁双层膜的弯曲/卷曲、非磁纳米带的屈曲、超薄膜的磁致伸缩应变的定义以及磁性/非磁双层膜的磁致弯曲等问题。另外，将经典的Gurtin—Murdoch表面/界面理论推广到准晶体系。（3）研究了微纳磁性复合材料中自旋波的激发与缺陷态特性。运用平面波展开方法计算研究了磁振子晶体的带隙优化、点缺陷及多缺陷态之间的耦合性质等问题。在此基础上设计了不同的线缺陷为自旋波波导的设计提供了一定的理论基础。其中缺陷性质的研究工作被J.Appl.Phys.选为2012年度应用物理学研究热点（hot topics）。（4）研究了骨骼肌肌外膜的力学性质与增龄的关系，模型计算给出的体系的应力-应变关系与实验符合。（5）运用不同方法制备了介空Si中包覆ZnO纳米颗粒的复合体系，并对该体系进行了结构、组分和物理性能的表征。