【摘要】：諧振器作為一種產(chǎn)生諧振頻率的器件,幾乎應(yīng)用于所有涉及頻率發(fā)射和接收的電子產(chǎn)品和元器件中。隨著納米科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,基于納機電系統(tǒng)(NEMS)的諧振器件的研究正獲得廣泛關(guān)注。相較于傳統(tǒng)的微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)支持下的諧振器件,納機電諧振器具有小至納米級的尺寸、高達GHz的諧振頻率以及105數(shù)量級的Q值(機械品質(zhì)因數(shù)),有望替代現(xiàn)有石英晶體諧振器,具有非常光明的應(yīng)用前景。本課題將碳納米管作為諧振器,以調(diào)控碳納米管的諧振頻率及品質(zhì)因數(shù)為主要研究目的,設(shè)計實驗研究了碳納米管振動特性的檢測及調(diào)控方法。首先,基于靜電力激勵碳納米管振動的原理,建立碳納米管振動模型,在掃描電子顯微鏡(SEM)中借助微納米操作器搭建了碳納米管振動平臺;其次,設(shè)計了基于信號發(fā)生器掃描頻率以及掃描電鏡二次電子成像的碳納米管振動特性檢測方法。最后,通過調(diào)控碳納米管長度及在碳納米管尖端加上質(zhì)量塊的方式實現(xiàn)了對碳納米管振動頻率和品質(zhì)因數(shù)的調(diào)控。本課題主要研究內(nèi)容如下:(1)基于碳納米管懸臂梁式的振動方式建立了碳納米管的振動模型,并在此基礎(chǔ)上得出了碳納米管振動的運動方程,通過拉氏變換得出其方程進而計算出動力學(xué)表達式。研究了碳納米管振動的主要性能參數(shù)及特點,得出了碳納米的有效質(zhì)量以及特征尺寸等相關(guān)參數(shù)對碳納米管諧振頻率及品質(zhì)因數(shù)Q值的影響。(2)基于碳納米管的振動模型以及靜電力激勵碳納米管振動的原理,結(jié)合掃描電子顯微鏡和微納米操作器搭建了碳納米管振動平臺。首先,通過碳納米管拾取平臺從碳納米管基底上拾取一根碳納米管。其次,將作為振動電極的碳納米管和固定電極的鎢針分別安裝在相互垂直的兩個微米操作器上,采用一個信號發(fā)生器作為激勵碳納米管振動的信號源。最后,通過仿真計算得出的碳納米管的共振頻率,并通過信號發(fā)生器在共振頻率附近掃描實現(xiàn)碳納米管的振動。(3)設(shè)計了基于信號發(fā)生器掃描頻率及掃描電子顯微鏡二次電子成像的振動頻率和振幅檢測方法。碳納米管的振動是由信號發(fā)生器輸出的交流信號激勵引起的,因此本課題是通過信號發(fā)生器的輸出頻率得出碳納米管的振動頻率并借助掃描電子顯微鏡的二次電子成像獲取碳納米管的振動圖像并由此測得碳納米管的振幅。最后將采集的多組幅頻數(shù)據(jù)通過Origin軟件擬合成幅頻曲線并計算得出諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)Q的值。(4)本課題設(shè)計了兩種振動特性調(diào)控方法。第一種方法是通過調(diào)控碳納米管長度來調(diào)控碳納米管的振動特性。實驗中通過改變拾取策略及通過電子束輻照的方式來獲取不同長度的碳納米管。第二種方法是通過場發(fā)射誘導(dǎo)Pt質(zhì)量塊在碳納米管尖端生長的方式來調(diào)控振動特性。對于兩種調(diào)控方法,首先進行了理論分析和仿真,最終通過實驗加以驗證。
【圖文】：

掃描電子顯微鏡下碳納米管振動特性檢外研究現(xiàn)狀991 年日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，，對碳納米管各種特性的研究追逐的熱點。碳納米管因其優(yōu)異的力學(xué)及電學(xué)特性已經(jīng)成為制造微想材料之一。碳納米管 NEMS 器件的自然頻率極高，具有超高的納米管的獨特結(jié)構(gòu)使其還具有優(yōu)異的電學(xué)特性，超大的長徑比使得的場發(fā)射特性。國內(nèi)外多個頂尖的科研團隊正致力于基于碳納米管，其中包括碳納米管場效應(yīng)管、碳納米管諧振器、碳納米管場發(fā)射。同樣受到關(guān)注的還有基于碳納米管振動的 NEMS 器件的應(yīng)用，碳納米管收音機、納米陀螺儀[11-12]等。

納米管振動特性檢測及調(diào)控研究 靜電力激勵的方式驅(qū)動碳納米管振動，并檢測了諧振頻調(diào)控方式未做進一步研究。自俄羅斯科學(xué)院納米技術(shù)研究所的 S. V. Bulyarskiya 等電力激勵的方式來驅(qū)動懸臂梁式碳納米管振振動，通過納米管的振動頻率[14]。如圖 1-2 所示為他們搭建的實驗粘附由一根碳納米管，探針 2 作為場發(fā)射的陽極，探驅(qū)動電極。作者同樣是通過靜電力激勵碳納米管振動，，同樣未對振動特性的調(diào)控做進一步研究。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN16;TN751.2

【參考文獻】

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本文編號：2670481