冲击波诱导的铁电材料畴结构演化及相变动力学研究

Due to its the piezoelectricity and high pressure-induced phase transitions, ferroelectrics have important applications in the shock wave field, such as explosively driven pulsed power and shock wave piezoelectric detector. However, the study on ferroelectrics sufferring shock wave loading mainly focus on the charge release caused by shock compression and particle velocity of free interface, and was little awareness of the charge release mechanism. Furether more,few have done research on the micro/mecoscopic structure evolution, the phase transformation thermodynamics and kinitics. Thus, in the proposal, we intend to get the typical temperature-pressure phase diagrams for BaTiO3 and PbTiO3 ferroelectric crystals using thermodynamics approach, and simulate the domain structure evolution and phase transition kinitics taking the phase field model， which will present the response mechanism for the shock-compressed ferroelectrics, and provide more credible theory foundation for ferroelectrics applied to the shock wave field.

基于铁电材料的压电响应及高压诱导的相变，铁电材料在冲击波加载下有着非常重要的应用，如冲击爆电换能、冲击压电探测等。然而迄今为止，关于铁电材料动高压下响应的研究工作主要局限于冲击诱导的铁电材料放电信号及粒子速度剖面的直接获取与分析，对其放电机理并不是很清楚，对于动高压下铁电材料的微细观结构的演化、相变取向及相变动力学过程更是无人问津。因此，本研究工作拟以典型钙钛矿铁电材料BaTiO3，PbTiO3为主要研究对象，首先采用热力学分析的方法获得铁电材料典型温度-压力热力学相图；在此基础之上，采用相场模拟的方法分析不同方向冲击波加载下铁电材料的畴结构演化及相变动力学过程，在微细观尺度上揭示铁电材料动高压下的响应机制，建立铁电材料东高压下相变的动力学模型，为铁电材料的冲击波领域应用提供更可靠的理论依据。

总结了高压下铁电单晶微结构及相变动力学研究课题完成情况。本课题经过三年的研究，建立了高压铁电相变的热力学分析方法和高压下铁电畴结构演化的相场模拟方法两种理论计算方法；通过理论计算，以及相应的实验验证开展了高压下铁电材料微结构及相变的系统研究，得到了几种典型加载条件下的铁电畴结构演化过程，分析了不同加载速率、加载压力以及加载方向对相变压力及相变路径的影响，发现了一维压缩有利于铁电相，而等静压有利于顺电相的这一非常独特的高压相变现象，获得了高压下铁电畴结构演化及相变动力学的较为系统的认识。本课题的研究结果为高压下铁电材料应用提供了初步的知识储备及理论数值模拟技术能力储备。