介电材料在外力作用下产生的非均匀变形可以引起电响应,这种现象称为挠曲电效应。挠曲电效应存在于所有的介电材料中且具有尺寸依赖性。已有的研究表明,通过减小器件尺寸和提高应变梯度均可以明显提高器件的力电耦合效应。对于薄膜类二维材料,很容易产生较大的曲率,即应变梯度。那么,对于介电薄膜来说,由于应变梯度和极化之间的耦合作用,很容易产生很强的挠曲电效应。介电薄膜的这一特性,使之成为挠曲电应用的一种重要载体。为了进一步增强揉皱介电薄膜的挠曲电响应,本文以揉皱介电薄膜为基本研究对象,分别采用了功能梯度材料和层合结构的设计思想,对介电薄膜进行优化设计。对于功能梯度介电薄膜,本文建立了揉皱功能梯度介电薄膜的力电耦合理论模型,分别以薄膜杨氏模量、厚度和挠曲电系数作为设计参数,研究分析了功能梯度介电薄膜整体力学性质的变化规律以及发生揉皱变形时产生的挠曲电响应及其尺寸效应。结果表明,对于梯度厚度介电薄膜,若薄膜厚度沿半径方向线性增加,薄膜达到最大挠曲电能量效率时,整体尺寸为均匀薄膜2倍,最大挠曲电能量效率为均匀薄膜的5倍。对于梯度杨氏模量介电薄膜,让薄膜的杨氏模量沿半径方向线性增加,薄膜达到最大挠曲电能量效率时,整体尺寸与均匀薄膜相同,最大挠曲电能量效率为均匀薄膜的2.5倍。对于梯度挠曲电系数介电薄膜,让薄膜的挠曲电系数沿半径方向线性减小,薄膜达到最大挠曲电能量效率时,整体尺寸为均匀薄膜的0.65倍,最大挠曲电能量效率为均匀薄膜的3.5 倍。对于层合介电薄膜,本文以边缘层厚度相同的三层层合介电薄膜为研究对象,研究了层合介电薄膜的揉皱问题,建立了揉皱层合介电薄膜的力电耦合理论模型,分别以中间层与边缘层的厚度比例和杨氏模量比例为控制参数,研究分析了揉皱层合介电薄膜整体力学性质的变化规律以及介电薄膜的挠曲电能量效率变化规律。结果表明,当中间层或边缘层的杨氏模量不变时,其他层的杨氏模量的降低都可以提高层合介电薄膜的挠曲电能量效率,且边缘层杨氏模量的降低对挠曲电效应的提高具有更显著的效果。同时,提高杨氏模量减小层的厚度占比,会进一步增强层合薄膜的挠曲电响应。层合薄膜的挠曲电能量效率所能达到的最大值比均匀薄膜大一个数量级,且此时层合薄膜的尺寸比均匀薄膜大3倍。