铁电薄膜具有良好的介电性、铁电性和压电性。在过去几十年铁电薄膜得到广泛应用,如微型驱动器、铁电薄膜感应器和压力传感器等。电畴是铁电材料中取向一致的微区,电畴的翻转是铁电材料产生电滞回线和蝶形曲线的主要原因。目前,有很多判据可以用来模拟力场和循环电场下块体铁电材料的非线性行为。但是研究外加电场和力场下铁电薄膜的畴变判据却很少见。因此,建立恰当的铁电薄膜畴变模型,通过研究电畴在外加电场和力场下的翻转行为来探索铁电薄膜的非线性行为是我们的研究重点。铁电薄膜在制备过程中不可避免的产生残余应变,在加外加载荷以前,残余应变已经存在于铁电薄膜中,可以认为是铁电薄膜中电畴的自发应变。同时,还考虑铁电薄膜在外加电场下由电致伸缩引起的应变对铁电薄膜性能产生的影响。另一方面,铁电薄膜和电极之间存在着一层介电系数非常小的过渡层,称为死层。铁电薄膜的介电系数随着薄膜厚度的减小而减小,前人认为这种现象由死层引起的。基于此,本文第一部分内容是从微观电畴出发建立改进模型,考虑残余应变和电致伸缩应变后电畴在外场下的翻转,研究铁电薄膜的非线性行为;第二部分内容为利用改进模型,考虑死层铁电薄膜非线性行为的研究。具体情况如下:1.铁电薄膜在制备过程中产生的残余应变源于相变应变、本征应变和界面热失配应变。将残余应变考虑到铁电材料电畴的本构关系中,同时把电致伸缩应变考虑到铁电薄膜电畴的本构关系中。电畴翻转前后两状态的Gibbs自由能的差为电畴翻转驱动力,如果电畴翻转驱动力大于电畴发生翻转的阈值,电畴就可能发生翻转。利用本构关系求出每个电畴的电位移和应变,然后对所有电畴求体平均得到铁电薄膜的电位移和应变。运用改进模型和传统模型模拟Pb(Zr_xTi_1-x)O₃铁电薄膜在力场和循环电场下的电滞回线和蝶形曲线。将模拟结果和实验结果进行对比得知,运用改进模型模拟的结果和实验结果较接近。由电滞回线可知,随着外加压应力增加,剩余极化增加,矫顽电场减小;随着外加拉应力增大,剩余极化减小,矫顽电场增加。由蝶形曲线可知,随着外加压应力增加,剩余应变、场致应变增加;随着外加拉应力增大,剩余应变、场致应变减小。2.为了形象的描述死层,引入电极-死层-铁电层-电极三明治结构。根据死层和铁电层的界面上电位移的连续性确定铁电层上的电场。基于Ruess假设认为铁电层中电畴所受的电场等于铁电层上的电场。电畴的本构关系得到进一步的改进,以此来计算每个电畴的电位移和应变。通过对所有电畴求体平均来得到铁电薄膜的电位移和应变。运用改进模型、传统模型以及考虑死层时模拟Pb(Zr_xTi_1-x)O₃铁电薄膜在外加力场和电场下的电滞回线和蝶形曲线。考虑死层时模拟的结果和实验结果最接近。