Resumen de Computational modeling and rational design of flexoelectric metamaterials and devices
Alice Mocci
Este trabajo se basa en la premisa de que la polaridad del material requerida para una respuesta piezoeléctrica efectiva, puede imprimirse en el metamaterial a través de la arquitectura del material a microescala, eliminando así la necesidad de una estructura atómica y molecular no centrosimétrica del material base. Este concepto se explora en detalle y se demuestra en la tesis a través de simulaciones precisas y autoconsistentes, mostrando que se puede lograr una piezoelectricidad efectiva significativa en materiales no piezoeléctricos mediante la acumulación de la respuesta flexoeléctrica de pequeñas características bajo flexión o torsión. Esta tesis propone diseños de metamateriales piezoeléctricos 2D de celosía periódica de baja fracción de área dominada por la flexión. Se cuantifica la respuesta piezoeléctrica efectiva y se revela el efecto de la geometría, la orientación, el tamaño de los elementos caracteristicos y la fracción de área. A través de la homogeneización computacional, se caracteriza el tensor piezoeléctrico efectivo completo, y se presenta un estudio de optimización de forma simple, que muestra mejoras significativas en relación con los diseños iniciales. También se proponen, analizan y cuantifican diseños de dispositivos flexoeléctricos que combinan múltiples materiales. Como posible bloque de construcción para metamateriales tridimensionales, se estudia en detalle la respuesta flexoeléctrica de barras sometidas a torsión, identificando las condiciones en las que dicha respuesta es posible. Además, este estudio nos ha permitido proponer un montaje experimental para cuantificar el elusivo coeficiente flexoeléctrico de cizalla, uno de los tres componentes independientes en los sistemas flexoeléctricos cúbicos.
