Mecánica de materiales avanzados y metamateriales
Mecánica de materiales electroactivos
Investigador principal
David Codony
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Visión general
Investigación
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Este grupo de investigación desarrolla modelos teóricos y computacionales para la flexoelectricidad, el acoplamiento entre la polarización eléctrica y los gradientes de deformación, para comprender los principios fundamentales y diseñar metamateriales y dispositivos electromecánicos de próxima generación.
El grupo de Mecánica de materiales electroactivos del CIMNE se especializa en el desarrollo de modelos teóricos y computacionales para investigar la flexoelectricidad en sólidos, un fenómeno en el que la polarización eléctrica se combina con gradientes de deformación. El grupo emplea principalmente modelos continuos mientras explora aspectos multiescala en estrecha colaboración con investigadores experimentales, con el objetivo de comprender cómo los gradientes de deformación influyen en la física de los dieléctricos y establecer principios de ingeniería para los metamateriales electromecánicos de próxima generación.
El grupo ha establecido un marco teórico integral para la flexoelectricidad tanto en deformación infinitesimal como finita, aclarando las conexiones entre diferentes familias de formulaciones y sus interpretaciones físicas. Los investigadores han desarrollado métodos avanzados de discretización, incluidos los enfoques de penalización B-splines sumergidos y C0, para resolver de manera eficiente los sistemas de ecuaciones diferenciales parciales de cuarto orden que surgen en la flexoelectricidad en varias geometrías, materiales y configuraciones de electrodos.
Las líneas de investigación adicionales incluyen teorías reducidas para vigas y láminas flexoeléctricas no lineales, cálculos de estructura electrónica desde primeros principios en sistemas flexoeléctricos, y el estudio de manifestaciones fundamentales de la flexoelectricidad en la mecánica de torsión y en singularidades de deformación/campo eléctrico, como grietas y paredes de dominio ferroeléctrico. El grupo también se centra en el diseño de dispositivos y metamateriales flexoeléctricos que logren propiedades piezoeléctricas efectivas a partir de componentes no piezoeléctricos.
Una línea de investigación emergente es la modelización teórica y computacional de la flexofotovoltaica, con el objetivo de diseñar y optimizar una nueva familia de células solares mediante el estudio de la interacción entre la deformación mecánica y las propiedades fotovoltaicas. Mediante esta variada cartera de investigación, el grupo potencia el conocimiento básico sobre materiales electroactivos y explora su potencial para aplicaciones ingenieriles innovadoras.
Areas de investigación
Marco teórico de la flexoelectricidad
Desarrollar un marco teórico integral para la flexoelectricidad en deformación infinitesimal y finita, estableciendo las conexiones precisas entre las diferentes familias de formulaciones, su interpretación física y el significado físico del conjunto correspondiente de condiciones de contorno de orden superior.
Solución numérica eficiente de problemas electromecánicos generales de alto orden
Desarrollo de métodos avanzados de discretización, incluyendo B-splines sumergidos y penalización C0, para la solución eficiente del sistema PDE de 4º orden que surge en flexoelectricidad en geometrías generales, materiales y configuraciones de electrodos.
Teorías reducidas de haces y capas flexoeléctricas
Desarrollo de teorías reducidas para haces flexoeléctricos no lineales y capas no lineales para comprender la física y ayudar al diseño de nuevos dispositivos.
Flexoelectricidad desde principios fundamentales
Desarrollo de cálculos electrónicos de estructuras de sistemas flexoeléctricos para establecer una conexión precisa con modelos continuos, tanto guiando el desarrollo de modelos enriquecidos que tengan en cuenta los efectos a nanoescala y los efectos superficiales finitos como caracterizando los parámetros del modelo continuo.
Expresión fundamental de la flexoelectricidad en la mecánica de torsión.
Desarrollo de nuevos métodos para activar la flexoelectricidad bajo torsión para proporcionar comprensión sobre la física fundamental y las herramientas de caracterización flexoeléctrica.
Expresión fundamental de la flexoelectricidad en singularidades de deformación y campo eléctrico: grietas, paredes de dominio ferroeléctrico, arrugas, AFM.
Exploración de la física de la flexoelectricidad en situaciones en las que se desarrollan grandes gradientes de deformación o campo eléctrico.
Diseño y caracterización de dispositivos flexoeléctricos y metamateriales
Desarrollo de nuevos conceptos para el diseño de metamateriales y dispositivos piezoeléctricos de manera efectiva a partir de componentes no piezoeléctricos.
Modelización teórica y computacional del fenómeno flexofotovoltaico
Desarrollo de un marco teórico y computacional para la simulación del fenómeno flexofotovoltaico con el objetivo de diseñar y optimizar una nueva familia de células solares.
Proyectos en curso
Proyectos finalizados
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