考虑表面效应的压电纳米球自由振动研究
软凝聚态物质
2021-07-29 v1 材料科学
摘要
表面效应导致一些尺寸依赖特性，对于具有固有大表面体积比的压电纳米材料可变得极为重要。本文研究表面效应对球状各向同性压电纳米球自由振动行为的影响。不同于直接使用著名的 Huang-Yu 表面压电理论（HY 理论），提出另一种基于薄壳层模型的通用框架。发展了一种新方法，利用状态空间形式建立压电纳米球的表面压电理论或有效边界条件。在一阶表面压电中可辨识出三种不同来源的表面效应，即电弹性效应、惯性效应与厚度效应。发现若舍弃横向应力（TS）分量并恰当定义机电属性，所提理论对球形材料边界退化为 HY 理论。随后研究具表面效应的压电纳米球非轴对称自由振动并获得精确解。最后为考察表面效应对压电纳米球固有频率的影响进行数值计算。数值结果表明表面效应，尤其是厚度效应，可能对压电纳米球自由振动有特别显著的影响。本工作为 Nano-Electro-Mechanical Systems（NEMS）中压电纳米球器件的动态特性提供了更精确预测。
引用
@article{arxiv.2107.13220,
title = {On free vibration of piezoelectric nanospheres with surface effect},
author = {Bin Wu and Weiqiu Chen and Chuanzeng Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.13220},
year = {2021}
}