吁鹏飞 彭黎明 冷伟丰 锁要红

(1.福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108;2.西安交通大学航天学院, 机械结构强度与振动国家重点实验室, 陕西 西安 710049)

不同于压电效应与电致伸缩效应, 挠曲电效应是一种新型的力电耦合效应.挠曲电效应的宏观具体表现为: 晶体中的应变梯度会使晶体产生电极化, 即正挠曲电效应;反之, 晶体中的极化梯度也会在晶体内部产生应力和应变, 即逆挠曲电效应.Kogan[1]首先给出了正逆挠曲电效应的唯象学描述:

式中:σ、E、P、u分别为柯西应力、电场强度、电极化和位移;f和µ分别是正挠曲电系数和逆挠曲电系数.压电系数为三阶张量, 只能存在于非中心对称材料中;挠曲电系数为四阶张量, 在任何材料中都存在, 这极大地拓宽了力电转换器件的材料选择范围.此后, 人们分别从理论[2-3]、分子动力学模拟[4-5]、实验测量[6-7]和器件应用[8-9]等方面对挠曲电效应开展研究.

上述研究均是建立在正确的挠曲电系数基础上的, 比如不同晶体点群挠曲电系数的对称性及具体的分量.Cross[10]认为挠曲电系数与电致伸缩系数具有相同的对称性.Le 等[10]基于Cartan 分解推导了挠曲电张量对称点群的种类和相应的个数.基于高阶张量的正交不可约分解和偏张量的多极表示, 唐昌新[12]对挠曲电张量进行了对称分类并分析了独立分量的个数.文献[11-12]都只是给出了不同点群独立挠曲电系数分量的个数, 并没有给出挠曲电系数具体的分量.Shu 等[13]利用18×18 的正交变……