纳米压电半导体材料和器件的力电耦合行为研究

纳米发电机在生物医学、军事、无线通信和无线传感方面都将有广泛的重要应用，而其中的关键要素为压电半导体。本项目主要发展能同时考虑压电效应、半导体效应、表面效应和静电力影响的力电耦合理论，研究具有压电效应的纳米半导体器件的力电行为及工作机理。通过本项目的研究，建立小变形及有限变形下的考虑压电效应、半导体效应及表面效应的变分原理，发展适用于纳米压电半导体的理论和数值分析方法，建立确定压电半导体块体和表面的本构参数的芯-壳模型，分析表面效应及变形对纳米压电半导体能带结构、能隙及亲和能的影响，揭示压电效应、半导体效应、表面能及静电能对纳米压电半导体器件的性能影响，探讨通过应变工程调控压电半导体的力电性能的可能性，探求提高器件性能的方法。为纳米压电半导体材料和器件的设计以及工程应用提供理论依据与数值分析方法。

三年的研究工作按计划进行，进展顺利，完成了计划任务。通过本项目的研究，建立了考虑压电效应、半导体效应及表面效应的变分原理，发展适用于纳米压电半导体.的理论和数值分析方法，建立了确定压电半导体块体和表面的本构参数的芯-壳模型，分析了表面效应及变形对纳米压电半导体的影响，揭示了压电效应、半导体效应、表面能及静电能对纳米压电半导体器件的性能影响，探讨通过应变工程调控压电半导体的力电性能的可能性。建立了弯曲氧化锌压电半导体纳米线悬臂梁产生压电电势能的连续介质模型，并考虑了挠曲电效应的影响，理论推导出了压电半导体纳米线内部由于弯曲产生的压电电势能的解析解；对考虑挠曲电效应以及施主掺杂的纳米压电半导体材料，分析讨论挠曲电效应对压电半导体材料的压电特性、半导体特性的影响，讨论了温度、掺杂的施主浓度等各项因素对问题的影响；建立了可考虑表面效应和挠曲电效应的纳米电介质梁模型，分析了表面弹性、表面压电效应、表面残余应力及挠曲电效应对纳米电介质梁力电耦合行为的分析。.在国际学术期刊发表SCI论文12篇，在国际会议上作学术报告3次，在国内会议作报告3次。共有博士生1名，硕士生5名参加本项目研究。在本项目资助下，3名硕士生获得硕士学位。2011年获教育部自然科学一等奖（功能材料与结构的多场耦合效应与破坏理论，排名第8）。