3D Hierarchical Lattice Ferroelectric Metamaterials
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Notice bibliographique
Résumé
Hierarchical cellular materials are ubiquitous in nature and lead many extraordinary mechanical properties, such as ultralight, ultrastiff, and high toughness. In this study, we introduce three families of 3D hierarchical lattice metamaterials, i.e., cubic, octahedron, and hybrid families, made out of ferroelectric materials. Multiscale asymptotic homogenization (MAH) is introduced for predicting the effective thermo-electro-mechanical properties of hierarchical ferroelectric metamaterials. The effect of hierarchy order, lattice topology (including aspect ratio) and relative density on piezoelectric and pyroelectric figures of merit, which assess the multifunctional performance of ferroelectric metamaterials when used as sensors and energy harvesters, is explored. Although 1 st -order lattice ferroelectric metamaterials remarkably improve the piezoelectric and pyroelectric figures of merit compared to fully-solid ferroelectric materials, increasing hierarchy order can further improve these figures of merit. Hybrid hierarchical lattice ferroelectric metamaterials show improved piezoelectric and pyroelectric properties that are not achievable by their fractal-like counterparts. For example, compared to the 1 st -order BCC ferroelectric metamaterials with an FOM33 of more than 50 times higher than bulk ferroelectric materials, FOM33 of the 2 nd -order octet-truss/BCC hierarchical metamaterials can be improved by 50.7%; this improvement is 43.8% and 43.2% for 2 nd -order BCC and 2 nd -order octet-truss self-similar hierarchical metamaterials, respectively. Finally, scaling relationships for predicting the thermo-electro-mechanical properties of lattice hierarchical ferroelectric metamaterials, covering the whole range of relative densities, are proposed. The study highlights the potential applications of bioinspired hierarchical structures, with integrated mechanical, piezoelectric, and pyroelectric properties, as hydrophone, pressure and temperature sensors, and energy harvesters.
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Prédiction distillée sur la base complète
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle