1、由于鐵電材料在光學器件、感應器件、微波器件以及高密度非揮發(fā)性存儲器件等工程領域巨大的應用前景，近年來研究人員對鐵電薄膜、鐵電納米線、鐵電納米管及多重鐵性薄膜等納米尺度下的鐵電材料進行了大量的研究。鐵電材料的相關性能依賴于很多因素，例如材料所處的溫度、邊界條件、尺寸大小、表面效應、外加電場以及外延應力等等。大量的研究報道了關于以上各種因素對于納米尺度鐵電材料關鍵性能的影響，使得鐵電材料的納米尺寸效應及其相關性能和應用研究成為目前納米科學研

2、究的熱點。
　　本論文主要集中在鐵電材料處于納米尺度條件下尺寸變化對其相關性能的影響。同時，論文也關注如何通過結構設計達到人為控制鐵電材料工程性能的目的，從而使納米尺度鐵電材料擁有更為理想的應用前景。以下是本論文研究涉及的主要思路、研究方法和相關結論：
　　(1)基于TimeDependentGinzburg-Landau（TDGL）方程，運用分叉理論及穩(wěn)定性分析方法研究鐵電薄膜相變的臨界條件。考慮退極化場、表面效應及自發(fā)應

3、變等因素的影響，建立了以薄膜厚度、失配應變及外推長度為變量的鐵電薄膜相變溫度及臨界厚度解析表達式。同時，運用數(shù)值模擬方法確定了鐵電薄膜相變級數(shù)及升溫和降溫過程中相變溫度的差異。綜合分析薄膜厚度、失配應變及外推長度對鐵電薄膜相變行為的影響。為了驗證熱力學模型的正確性，運用基于第一性原理的Shell-Model分子動力學方法對鐵電薄膜在表面效應影響下的極化分布進行了模擬計算。給出極化的分布及外推長度與溫度之間的關系。
　　(2)針對鐵

4、電納米線和納米管的熱力學模型及極化演化的動態(tài)模型做穩(wěn)定性分析，推導了關于鐵電納米線及納米管的相變溫度、極化及Curie-Weiss關系的解析表達式。證明了鐵電納米線和納米管的性能依賴于納米線和納米管的表面張力，即表面張力對鐵電納米線和納米管的相變溫度及極化有明顯的增強作用?？紤]到表面張力和表面邊界的共同影響，分析結果表明了在鐵電納米線和納米管中，存在臨界半徑和臨界壁厚。通過第一性原理計算方法分析了基態(tài)條件下鐵電納米線的相關性能，其結果也

5、驗證了熱力學模型對鐵電納米線和納米管的分析。
　　(3)依據(jù)熱力學理論及彈性Timosheko力學方法，建立了鐵電薄膜及柔性襯底系統(tǒng)的界面失配位錯的生成機理模型。分析結果表明鐵電薄膜中極化的產(chǎn)生很大程度上改變了界面位錯生成的臨界厚度。通過數(shù)值模擬計算，討論了形成的失配位錯如何影響鐵電的性能，如對極化分布、居里溫度、介電常數(shù)及極化反轉等性能的影響。結果表明界面位錯的產(chǎn)生明顯的消弱了薄膜的整體鐵電性能。
　　(4)基于熱力學理論

6、及穩(wěn)定性分析，求解了沉積在有限厚度襯底上鐵電薄膜的相變溫度的解析表達式。分析表明，通過改變薄膜及襯底厚度的比率可以達到控制鐵電薄膜的相變溫度的目的。同時，討論了有限襯底對鐵電薄膜相變性能的影響，結果表明襯底厚度的改變不僅影響鐵電薄膜的極化及相變溫度等性能，也會改變鐵電薄膜相變級數(shù)。以熱力學及彈性力學模型為基礎，分析了鐵電/順電復合結構系統(tǒng)的鐵電性能及壓電彎曲行為。發(fā)現(xiàn)通過調節(jié)鐵電/順電的厚度比率，可以設計出小電場作用下的大彎曲變形系統(tǒng)。

7、
　　(5)根據(jù)熱力學及彈性力學理論，論文建立了1-3型多重鐵性薄膜的自由能模型。考慮鐵電相與鐵磁相以及多重鐵性薄膜與襯底之間的失配應變因素，給出了以組分比率為變量的鐵電/鐵磁相變溫度的解析表達式。另外，考慮多重鐵性薄膜的磁電耦合效應，論文建立了梯度多重鐵性薄膜的分析模型。通過求解表明梯度多重鐵性薄膜不僅擁有非對稱電滯回線性能以及熱電性能，同時也擁有非對稱磁滯回線性能及熱磁性能。
　　(6)根據(jù)Liapunov穩(wěn)定性理論，建

8、立了穩(wěn)定性方程，并計算了180o鐵電疇穩(wěn)定狀態(tài)下的尺寸相圖，確定了鐵電薄膜中180o鐵電疇穩(wěn)定狀態(tài)下的最小尺寸以及鐵電疇穩(wěn)定尺寸。預報了鐵電薄膜在鐵電存儲應用方面所能達到的存儲容量極限。
　　(7)基于Landau-Ginsburg-Davenshire熱力學理論，建立了考慮梯度力電耦合效應的自由能模型。研究了由于薄膜內梯度外延應變所引起的薄膜性能的變化。發(fā)現(xiàn)通過調節(jié)鐵電薄膜上、下襯底的類型達到控制鐵電薄膜內部極化分布以及鐵電薄膜