Mecànica de materials avançats i metamaterials
Mecànica de materials electroactius
Investigador principal
David Codony
Visió general
Recerca
Membres
Projectes
Publicacions
Aquest grup de recerca desenvolupa models teòrics i computacionals per a la flexoelectricitat, l’acoblament entre la polarització elèctrica i els gradients de deformació, per entendre els principis fonamentals i dissenyar metamaterials i dispositius electromecànics de nova generació.
El grup de Mecànica de materials electroactius del CIMNE s’especialitza en el desenvolupament de models teòrics i computacionals per investigar la flexoelectricitat en sòlids, un fenomen on la polarització elèctrica s’acobla amb gradients de deformació. El grup utilitza principalment models continus mentre explora aspectes multiescala en estreta col·laboració amb investigadors experimentals, amb l’objectiu d’entendre com els gradients de deformació influeixen en la física dels dielèctrics i establir principis d’enginyeria per a metamaterials electromecànics de propera generació.
El grup ha establert un marc teòric complet per a la flexoelectricitat tant en deformació infinitesimal com finita, aclarint les connexions entre diferents famílies de formulacions i les seves interpretacions físiques. Els investigadors han desenvolupat mètodes avançats de discretització, inclosos enfocaments de B-splines immersos i penalització C0, per resoldre de manera eficient els sistemes d’equacions diferencials parcials de quart ordre que sorgeixen en flexoelectricitat a través de diverses geometries, materials i configuracions d’elèctrodes.
Les direccions de recerca addicionals inclouen teories reduïdes per a feixos i closques flexoelèctriques no lineals, càlculs d’estructures electròniques de sistemes flexoelèctrics de primers principis i investigació de manifestacions flexoelèctriques fonamentals en mecànica de torsió i singularitats de camps elèctrics com esquerdes i parets de domini ferroelèctric. El grup també se centra en el disseny de dispositius flexoelèctrics i metamaterials que aconsegueixin propietats piezoelèctriques de manera efectiva a partir de components no piezoelèctrics.
Una àrea de recerca emergent és la modelització teòrica i computacional de la flexofotovoltaica, amb l’objectiu de dissenyar i optimitzar una nova família de cèl·lules solars mitjançant la comprensió de la interacció entre la deformació mecànica i les propietats fotovoltaiques. A través d’aquesta cartera de recerca diversa, el grup avança en la comprensió fonamental dels materials electroactius mentre explora el seu potencial per a aplicacions innovadores d’enginyeria.
Àrees de recerca
Marc teòric de la flexoelectricitat
Desenvolupar un marc teòric exhaustiu per a la flexoelectricitat en deformació infinitesimal i finita, establint les connexions precises entre les diferents famílies de formulacions, la seva interpretació física i el significat físic del conjunt corresponent de condicions de contorn d’alt ordre.
Solució numèrica eficient de problemes generals d’electromecànica d’alt ordre
Desenvolupament de mètodes avançats de discretització, incloent B-splines immersos i penalització C0, per a la solució eficient del sistema PDE de 4t ordre sorgit en flexoelectricitat en geometries generals, configuracions de materials i elèctrodes.
Teories reduïdes de feixos i capes flexoelèctriques
Desenvolupament de teories reduïdes per a feixos i capes flexoelèctrics no lineals per obtenir comprensió de la física i ajudar al disseny de nous dispositius.
Flexoelectricitat des de principis fonamentals
Desenvolupament de càlculs d’estructures electròniques de sistemes flexoelèctrics per establir una connexió precisa amb models continus i guiar el desenvolupament de models enriquits que tinguin en compte els efectes a nanoescala i els efectes de superfície finita i caracteritzant els paràmetres del model continu.
Expressió fonamental de la flexoelectricitat en la mecànica de torsió
Desenvolupament de nous mètodes per activar la flexoelectricitat sota torsió per proporcionar comprensió sobre la física fonamental i les eines de caracterització de la flexoelectricitat.
Expressió fonamental de la flexoelectricitat en singularitats de deformació i camp elèctric: esquerdes, parets de dominis ferroelèctrics, arrugues i AFM
Exploració de la física de la flexoelectricitat en situacions on es desenvolupen grans gradients de deformació o de camp elèctric.
Disseny i caracterització de dispositius i metamaterials flexoelèctrics
Desenvolupament de nous conceptes per al disseny de metamaterials i dispositius piezoelèctrics a partir de components no piezoelèctrics.
Modelització teòrica i computacional del fenomen flexofotovoltaic
Desenvolupament d’un marc teòric i computacional per a la simulació de fenomen flexofotovoltaic amb l’objectiu de dissenyar i optimitzar una nova família de cèl·lules solars.
Projectes en curs
Projectes finalitzats
Cerca
Notícies relacionades
Two CIMNE scientists have been awarded SEMNI Prizes in its 2021 edition
A commission chaired by the president of SEMNI Elías Cueto has unanimously deliberated that the Best Thesis of the Year 2021 is the one defended by David Codony. Currently Severo Ochoa Post Doc Trainee at the Mechanics of Electroactive Materials research team,...
Marino Arroyo, Irene Arias, Xavier Oliver and Eugenio Oñate awarded at WWCM in Computational Mechanics & ECCOMAS Congress
The 14th World Congress in Computational Mechanics & ECCOMAS Congress took from January 11th to 15th, 2021. The Opening Session was introduced by the presidents of both scientific societies organizers of the event, Prof. Antonio Huerta (IACM) and Michał Kleiber...