2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of first-principles multiscale and multi-nonlinear analysis method for generation of giant piezoelectric property
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26420030
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
上辻 靖智 大阪工業大学, 工学部, 教授 (00340604)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / マルチスケール解析 / 第一原理計算 / ドメイン・スイッチング / 構造相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，巨大圧電特性を発現する新規無鉛材料の設計・開発を支援するため，均質化法に基づいた第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析法の構築を目的とした．巨大圧電特性発現の鍵は，複数の結晶構造が互いに相転移可能な状態で共存することで，微視構造における分極回転（ドメイン・スイッチング）が容易に生じ巨視的に優れた機能を発現するモルフォトロピック相境界にある．そこで，共存可能な結晶構造の特定，結晶物性の評価，結晶状態のエネルギー判定に第一原理計算を適用し，微視構造における相転移および分極回転挙動と巨視非線形挙動の連成解析に均質化法を採用して，数値解析主導の新規材料発見を実現する先進的な解析法を開発した．すなわち，ドメイン・スイッチングと構造相転移に伴う物性値変化を考慮した増分形圧電弾性構成式を導入してスケール連成問題を定式化し，有限要素法による独自の解析プログラムを開発した．
平成28年度は，開発したマルチスケール・マルチノンリニア解析法をエピタキシャル薄膜に適用し，強誘電性ヒステリシス応答に及ぼす優先配向方位の影響を明らかにしたほか，スパッタ薄膜による実験結果との比較により開発法の妥当性を確認した．
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