Výzkumnéaktivity

Návrh funkčních materiálových struktur pro senzoriku a energy harvesting

Cílem výzkumu je navrhnout a studovat inteligentní makro/mikro-struktury s cíleně řízenými tvarovými deformacemi a gradienty přetvoření, umožňující přesné řízení flexo i piezoelektrických efektů v rámci dané struktury. K tomuto účelu jsou využity jedinečné vlastnosti SMA (tj. efekt tvarové paměti a superelasticita), zesílený flexoelektrický efekt 3D propojených struktur porézních polymerů s gradienty pórovitosti a/nebo zesílený flexoelektrický efekt v důsledku nehomogenit v neperiodických perovskitových multivrstvách. Předpokládáme, že kombinací těchto typů materiálů by bylo možné navrhnout a vytvořit novou rodinu multifunkčních kompozitů nabízejících zvýšenou elektrickou odezvu a další jedinečné vlastnosti. Synergie kombinované elektromechanicko-tepelné vazby může najít uplatnění například v zařízeních měnících svůj tvar, a která mohou reagovat na své okolí novým a inovativním způsobem. Získané poznatky mohou dále sloužit k vytvoření nových senzorických/energy harvesting zařízení se zvýšenou citlivostí, účinností a konstrukční flexibilitou.

Schéma piezoelektrické odezvy ve funkční vrstvě namáhané tahem, kombinovaná piezoelektrická a flexoelektrická odezva na zvrásněné funkční fólii
Model konečných prvků mechanicky zatížené pravé poloviny nano trhliny s elektrickým potenciálem objevujícím se na jejím konci vlivem flexoelektrického jevu. Flexoelektrický efekt je spojen s gradienty deformace objevujícími se v dominantní zóně lomu Λf úměrné vnitřnímu parametru délky materiálu, jako je rozměr mřížky materiálu.

Projekty

GAČR 25-16701S: Smart structures with functional properties utilizing electro-mechanical-thermal coupling between layers of ferro/flexo/SMA composites, submitted

Publikace

PROFANT, T.; SLÁDEK, J.; SLÁDEK, V. Asymptotic solutions for interface cracks between two dissimilar flexoelectric materials. MECHANICS OF ADVANCED MATERIALS AND STRUCTURES, 2023, č. 22. 6. 2023, s. 112194-112194. ISSN: 1537-6494.

SLÁDEK, J.; SLÁDEK, V.; HRYTSYNA, M.; PROFANT, T. Influence of flexoelectricity on interface crack problems under a dynamic load. Engineering Fracture Mechanics, 2023, roč. 288, č. 4. 8. 2023, s. 109353-109353. ISSN: 0013-7944.

PROFANT, T.; SLÁDEK, J.; SLÁDEK, V.; KOTOUL, M. Assessment of amplitude factors of asymptotic expansion at crack tip in flexoelectric solid under mode I and II loadings. INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES, 2023, roč. 269, č. 1. 5. 2023, s. 112194-112194. ISSN: 1879-2146.

Kromě uvedených výzkumných témat se skupina také podílí na řešení dílčích problémů souvisejících s novými koncepcemi využití metamateriálů pro chytré morfování křídel letadla řešených v rámci projektu BAANG programu Horizon -Widera https://baang.eu/.

Kontaktní osoba
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc.