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Enhanced Flexoelectric Response from Functionally Gradient Electrets Undergoing crumpling Deformation

Acta Mechanica Solida Sinica 2024年第4期37卷 541-554页

作者： Jianhua Ma Jinrui Xu Jun Li Binglei Wang Department of Engineering Mechanics Shandong UniversityJinan250061China

Non-uniform deformation of the dielectric subjected to external forces can induce the flexoelectric effect, a phenomenon that couples electrical polarization to strain gradients. However, limited by the size effects, flexoelectricity is not significant at the macroscale and only becomes catchable at the microscale and nanoscale. In recent work, we obtained a considerable flexoelectric-like response by crumpling the dielectric embedded with charges, i.e., the electret, which significantly improved the flexoelectric effect at the macroscale. In this work, we further optimize the macroscopic performance of the flexoelectric response by applying gradient treatment to the electret films. Specifically, we analytically derive the electromechanical coupling of crumpled electret films with gradients of different thicknesses, charge densities, and Young’s moduli as key design variables. It is shown that the gradient-oriented electret film can be tuned to nearly five times that of a uniform electret film.

关键词： Functionally gradient electret Size effects crumpling Flexoelectric-like response

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